殼聚糖及其在藥物制劑和生物技術(shù)中的應(yīng)用

林 蒙

（華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院藥劑科 湖北 武漢 430030）

殼聚糖屬于天然的高分子化合物，能夠在酸性的水溶液中溶解，但在普通的有機(jī)溶液中則不會(huì)溶解。殼聚糖具有親水性的特點(diǎn)，在pH值比較低的水溶液中會(huì)發(fā)生膨脹，可形成凝膠物質(zhì)。而且殼聚糖進(jìn)入人體也具有水解作用，降解后的產(chǎn)物對(duì)人體不會(huì)造成損害，也不會(huì)沉積在體內(nèi)。其生物相容性也較好，具有吸附、通透、保濕等作用。這些特性使殼聚糖的應(yīng)用范圍變得廣泛，在藥物制劑中的應(yīng)用效果也受到廣泛認(rèn)可。

1.殼聚糖在醫(yī)用材料中的應(yīng)用

1.1 殼聚糖在創(chuàng)傷材料中的作用

早期階段殼聚糖是用于創(chuàng)傷材料制備的一種原料，已有大量的研究表明，殼聚糖及甲殼質(zhì)是非常有效的傷口愈合劑。之所以能夠促進(jìn)傷口愈合，是因?yàn)槠浣到猱a(chǎn)物是細(xì)胞生長的必要營養(yǎng)。殼聚糖也可用于制作人工皮，在使用時(shí)不溶于水但可在水中溶脹，可以制成膜，作為傷口包扎用品。

1.2 殼聚糖的凝血作用

殼聚糖結(jié)構(gòu)表面正電基團(tuán)可對(duì)紅細(xì)胞膜上負(fù)電基團(tuán)產(chǎn)生吸引作用，使紅細(xì)胞相互聚集，并啟動(dòng)凝血因子，使凝血效果得以顯著增強(qiáng)。有研究表明，殼聚糖在止血的同時(shí)，可以有效阻止血纖維蛋白的形成和其他組織細(xì)胞的生長繁殖[1]。于佳鑫[2]在其研究中發(fā)現(xiàn)殼聚糖止血粉所具的凝血功能相較臨床常用醫(yī)用脫脂棉有更佳效果。

1.3 殼聚糖可促進(jìn)傷口愈合

殼聚糖生物材料具可降解性，且無免疫原性，可使軟、硬結(jié)締組織的愈合更快進(jìn)行。Biranje等[3]將傷口處壞死組織去除后，為使傷口愈合加速，進(jìn)行殼聚糖納米顆粒制備，在凍干后，將之于多孔殼聚糖材料中組裝，快速促進(jìn)傷口愈合。Xie等[4]則制備殼聚糖-膠原蛋白-藻酸鹽于聚氨酯上附著，制成復(fù)合生物材料，具有良好的吸水性，并且無明顯細(xì)胞毒性，在血液相容性和生物安全性方面均有更為突出的表現(xiàn)，加速傷口愈合。

2.甲殼素/殼聚糖所具有的生物學(xué)功能以及理化特征

研究顯示，在生物體內(nèi)，對(duì)于甲殼素來講，其以微晶纖維形式無規(guī)則的分布。甲殼素與CaCO3、蛋白質(zhì)一起，促具較強(qiáng)機(jī)械性能的復(fù)合體形成。在低等動(dòng)物機(jī)體肌骼組織中，此類復(fù)合材料可發(fā)揮增強(qiáng)的效果。

甲殼素結(jié)構(gòu)單元中，有較多的羥基分布，有強(qiáng)烈的分子間、分子內(nèi)氫鍵表現(xiàn)為相互作用的情況。除六氟丙酮-二氯乙烷-三氯乙酸混合劑、二甲基乙酰胺/氯化鋰外，甲殼素不具在烯堿、稀酸或水、有機(jī)溶劑中溶解的條件。殼聚糖也不在一般有機(jī)溶劑、堿、水中溶解，但于殼聚糖結(jié)構(gòu)單元中分布的-NH2基團(tuán)具備與酸反應(yīng)，生成鹽的條件，故殼聚糖可在濃度10%以下的稀酸水溶液中溶解。

分析殼聚糖所具有的去乙?；潭忍卣?，脫乙酰度指的是將乙?；摮钠咸烟前穯卧獢?shù)在總的葡萄糖胺單元數(shù)中所占的比例，其是一項(xiàng)重要的對(duì)甲殼素/殼聚糖結(jié)構(gòu)進(jìn)行考察的參數(shù)。脫乙酰度對(duì)殼聚糖所具有的絮凝性能、溶解性能、離子交換能力、黏度等均有著較為明顯的影響。分析甲殼素結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，大部分結(jié)構(gòu)單元在性質(zhì)上，屬乙?；Y(jié)構(gòu)單元。對(duì)于殼聚糖來講，其屬甲殼素部分或全部N-去乙酰化衍生物，對(duì)于其乙?；潭葋碇v，一般在0.35以上?，F(xiàn)階段，已有多項(xiàng)對(duì)脫乙酰度進(jìn)行確定的方法，此類方法，包括分離色譜方法、紅外光譜法、高效液相色譜法、氣體熱分解色譜法、酸水解、凝膠滲透色譜法、各種滴定方法、紫外光譜法、固體碳變法等。分析殼聚糖所具有的在相對(duì)分子量方面的特征，其大小及具體的分布，均為極具特色的物理參數(shù)，可對(duì)殼聚糖生理活性、理化性質(zhì)產(chǎn)生直接影響。殼聚糖的相對(duì)分子量，可在常規(guī)對(duì)高分子相對(duì)分子量測(cè)定的方法中運(yùn)用，此類方法中，以凝膠滲透色譜法、黏度法最為常用。但對(duì)于黏度法來講，僅可在對(duì)殼聚糖相對(duì)分子量估算中應(yīng)用，無法對(duì)精準(zhǔn)的相對(duì)分子量提供。而凝膠滲透色譜法在其所具有的本質(zhì)特征上，屬體積排除色譜，是依托被分離物質(zhì)所具有的分子體積大小實(shí)施分離。若分子體積較凝膠孔徑大，可向凝膠外排除，若較凝膠孔徑小，可向凝膠微孔中進(jìn)入。凝膠滲透色譜法屬一種相對(duì)方法，其在操作時(shí)，以普魯氏藍(lán)為標(biāo)樣，可對(duì)殼聚糖相對(duì)分子質(zhì)量予以獲取。

3.殼聚糖在藥物制劑中的應(yīng)用

3.1 緩控釋制劑

對(duì)于藥物進(jìn)行緩控釋制劑制備，可使藥物釋放受到更為精準(zhǔn)的控制，以更好的維持血藥濃度水平，通過對(duì)藥物活性的鹽城，減少給藥次數(shù)和計(jì)量，降低藥物毒性，提高藥物療效。

3.1.1 殼聚糖微球 在當(dāng)前緩控釋制劑的研究中，微球?yàn)槠渲袩狳c(diǎn)。殼聚糖微球即藥物溶解、分散于載體中所形成的微小型實(shí)體，粒徑范圍大多1～250 μm區(qū)，具有緩釋功能，而且載藥量大、性能穩(wěn)定，從而使藥物穿透性、滯留性均大幅增強(qiáng)，使藥物生物利用度、穩(wěn)定度切實(shí)提高，從而使全身血藥濃度降低，不良反應(yīng)減少。陳雨婷[5]等通過乳化-化學(xué)交聯(lián)法進(jìn)行殼聚糖載藥微球制備，發(fā)現(xiàn)分子量240 kDa殼聚糖所制備載藥微球具有非常明顯的緩釋效果，且載藥率、再封率均較高，改善了藥物的溶解性，為理想的藥物緩釋體系。此外，有相關(guān)研究表明，殼聚糖有抗酸、抗?jié)兓钚缘淖饔茫軌蚍乐顾幬锎碳の改c道[6]。殼聚糖和藥物制成顆粒，在使用時(shí)殼聚糖可發(fā)生膨脹，在酸性介質(zhì)中可以發(fā)生漂浮。因此將其用于藥物制劑中，能夠改善口服藥物在胃腸道的停留時(shí)間，使藥物效力得到更好的發(fā)揮。對(duì)于難溶性的藥物，將其和殼聚糖進(jìn)行融合，能夠有效改善藥物的溶解性質(zhì)，使藥物得到充分的利用。

3.1.2 殼聚糖微囊 此法是以殼聚糖作為載體囊材料，形成囊膜壁殼，對(duì)固態(tài)或液態(tài)藥物進(jìn)行包裹，形成藥庫型微型膠囊。在活細(xì)胞、生物活性物質(zhì)，尤其是多肽類蛋白質(zhì)中有普遍應(yīng)用，可使該類生化藥物穩(wěn)定性進(jìn)一步增強(qiáng)，具有良好的發(fā)展前景。對(duì)于藥物自微囊中的釋放速率，是由殼聚糖濃度、分子量、pH值、包封藥物等所決定。相關(guān)研究亦證實(shí)，細(xì)胞在殼聚糖膜上所具伸展形態(tài)較好，增殖活性更高。

3.1.3 殼聚糖片劑 因殼聚糖對(duì)藥物釋放可起到一定的阻滯效果，以殼聚糖作為骨架材料，可將難溶性或水溶性藥物予以親水凝膠骨架片制備，從而使藥物的釋放以衡定速率進(jìn)行。具體的操作為混合不溶于水藥粉至殼聚糖濃溶液中，均勻分散后使之呈現(xiàn)出微粒化，在50 ℃環(huán)境下予以30 min干燥，隨后經(jīng)壓片機(jī)進(jìn)行制片。作為酸溶性高分子材料，殼聚糖在酸性介質(zhì)環(huán)境中表層殼聚糖在吸水后可膨脹成為凝膠，可控制水分進(jìn)入內(nèi)部的進(jìn)度，使藥物的釋放緩慢進(jìn)行。

3.2 靶向制劑

抗癌藥物的應(yīng)用，不僅對(duì)腫瘤細(xì)胞有強(qiáng)大殺傷力，同時(shí)可造成一定程度的正常細(xì)胞損傷，這對(duì)于患者來說是非常不利的。磁性靶向給藥的應(yīng)用，可使藥物于磁場(chǎng)力作用下于病灶部位直達(dá)，促使藥物療效提升，因可特異性識(shí)別腫瘤細(xì)胞，并對(duì)藥物釋放濃度進(jìn)行控制，可達(dá)到長時(shí)間給藥目的。磁性靶向給藥系統(tǒng)由藥物載體、腫瘤治療用藥、磁性微粒三部分組成，殼聚糖為常見的天然高分子材料，可為藥物載體。有研究者曾在相關(guān)實(shí)驗(yàn)中以殼聚糖為載體，配制出了新型的抗癌藥物，證實(shí)其對(duì)于胰腺癌細(xì)胞具有很強(qiáng)的殺傷性[7]。

3.3 大分子藥物載體

3.3.1 蛋白質(zhì)類藥物載體 生物大分子的口服藥一般存在不易吸收和降解能力差等問題，比如在對(duì)較大的多肽分子進(jìn)行吸收時(shí)，則會(huì)因?yàn)槟c道黏膜的影響而受到阻力。在發(fā)揮降解作用時(shí)，也會(huì)因?yàn)榈鞍酌傅奈镔|(zhì)的影響而難以起到作用?？诜乃幬镌谑艿阶璧K的情況下，會(huì)影響機(jī)體對(duì)于藥物的吸收，導(dǎo)致藥物效果難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，對(duì)藥物的利用會(huì)不夠充分。而在其中應(yīng)用殼聚糖后，可以使藥物的穿透性得到增強(qiáng)，有助于人體對(duì)藥物的吸收。而且殼聚糖本身具有可降解特性，因此其在運(yùn)送生物大分子方面可能起到了作用，促進(jìn)藥物的吸收和降解[8]。

3.3.2 基因類藥物載體 在功能障礙基因的替代治療、腫瘤治療中，基因治療有著良好應(yīng)用前景。殼聚糖可借助于靜電作用與活siRNA、帶負(fù)電荷DNA進(jìn)行有效結(jié)合，進(jìn)而形成穩(wěn)定復(fù)合物，進(jìn)入細(xì)胞后，將外源性基因于細(xì)胞中導(dǎo)入。在相關(guān)研究中，殼聚糖納米基因載體可對(duì)含有綠色熒光蛋白報(bào)告基因表達(dá)載體于細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)行傳遞，并獲得表達(dá)[9]。另一項(xiàng)研究中對(duì)N-乙酰殼聚糖-金納米粒進(jìn)行制備，其可與DNA結(jié)合，并充當(dāng)基因傳遞載體[10]。該載體在MCF-7乳腺癌細(xì)胞中具有較高的轉(zhuǎn)染率，在乳腺癌基因治療中應(yīng)用，有利于靶向定位基因傳遞。

4.殼聚糖在生物技術(shù)方面的應(yīng)用

微囊技術(shù)早期是用于無碳墨復(fù)寫紙上，隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近年來開始在細(xì)胞微囊中得到應(yīng)用，其優(yōu)勢(shì)是，可以對(duì)細(xì)胞周圍的皮膚產(chǎn)生屏障，以滲透膜的形式促進(jìn)分子擴(kuò)散，但同時(shí)對(duì)大分子及細(xì)胞形成阻礙效果，這項(xiàng)技術(shù)還可用于細(xì)胞密度和濃度的提升方面。將海藻酸鈉和殼聚糖制作成微囊，能夠有效降低成本，同時(shí)能夠有效保留微囊的通透性。這說明殼聚糖在生物技術(shù)方面的應(yīng)用較為廣泛。

殼聚糖可對(duì)手術(shù)敷料制備。相較常規(guī)手術(shù)用生物敷料，此種由殼聚糖制作的敷料黏附性能較為優(yōu)異。此外，殼聚糖也可用于藥物遞送體系。對(duì)于藥物控釋技術(shù)來講，其自上世紀(jì)80年代興起，在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，具備藥物在特定環(huán)境下，可重復(fù)、可預(yù)測(cè)釋放的能力。作用控釋技術(shù)，可經(jīng)對(duì)藥物釋放速率進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)，使藥物在體內(nèi)可較長時(shí)間對(duì)有效濃度進(jìn)行維持，進(jìn)而使藥物刺激和給藥頻率減少，促藥源性疾病發(fā)生率降低，并對(duì)毒副作用具防范效果，使患者遵醫(yī)用藥依從性顯著提高。而常規(guī)藥物劑型，可造成血藥濃度明顯波動(dòng)，在給藥后較短時(shí)間內(nèi)，大部分藥物即在體內(nèi)釋放出，造成體內(nèi)所分布的藥物水平表現(xiàn)為迅速上升的情況，在抵至峰值后，又表現(xiàn)為急劇下降的狀態(tài)。對(duì)于藥效同其血藥濃度具緊密關(guān)聯(lián)的藥物來講，血藥濃度明顯波動(dòng)，可促血藥濃度波峰有較難接受的副作用產(chǎn)生，而較血藥濃度低的波谷，可引發(fā)療效上的欠缺。多種具生物降解性能的聚合物均具備應(yīng)用條件，其中包括天然高分子材料及高分子材料。于聚合物中包埋或吸附的藥物，其釋放與藥物經(jīng)聚合物材料可控且緩慢的擴(kuò)散相關(guān)。同生物可降解聚合物保持在共價(jià)結(jié)合的狀態(tài)，并在聚合物骨架中分散的藥物，可經(jīng)聚合物的降解或溶蝕釋放。與聚合物復(fù)合的治療藥物分子，依托擴(kuò)散作用，也可自凝膠中釋放。殼聚糖屬一種藥物載體，故具極具獨(dú)特性的性能，如可生物降解性、無毒性，在低pH環(huán)境中可促凝膠形成，且具抗?jié)兓钚院涂顾嵝?，此類活性，可?duì)藥物對(duì)胃的刺激予以減弱或阻止，有效將對(duì)胃腸道所構(gòu)成的副作用問題解決。另外，對(duì)于殼聚糖而言，其還具多種生物活性及生物黏附性，可使藥物所呈現(xiàn)出的吸收前代謝明顯降低，進(jìn)而使藥物自身的生物利用度顯著提高，具有非常重要的探討價(jià)值。

5.結(jié)語

殼聚糖是一種高分子化合物，具有正電荷屬性，這在自然界中較為少見，其本身帶有的生理活性也比較獨(dú)特。殼聚糖無毒無害，可以有效提升藥品利用程度，增強(qiáng)藥物效果，減少藥物毒副作用等，是價(jià)值非常高的新材料，目前已廣泛應(yīng)用于片劑、膜劑、外敷粉劑等藥物中。目前雖然殼聚糖的醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)研究仍處于初期階段，但未來隨著研究的深入，其應(yīng)用范圍也會(huì)更為廣泛，也會(huì)成為藥物制劑中的重要敷料。