殼聚糖生物醫用材料的應用

[摘要] 殼聚糖（CS）是一種半合成高分子氨基多糖，具有獨特的化學結構，主要存在于動植物蝦蟹殼中，由于對人體無毒、無刺激、無致敏、生物可降解等特性，是FDA認可的一類生物降解材料并且已廣泛應用于生物醫用材料領域。該文簡要介紹了殼聚糖材料在生物組織工程、藥物釋放載體和醫用敷料方面的應用，對其在生物醫學領域的研究前景做了進一步展望。

[關鍵詞] 殼聚糖；生物材料；藥物釋放；敷料

[中圖分類號] R318 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-0742（2013）05（b）-0012-03

殼聚糖最早被發現是在1859年，Rouget[1]通過對甲殼素脫乙酰化而得到，甲殼素廣泛存在于昆蟲骨骼、蝦蟹殼類以及真菌體內。殼聚糖是半合成有機高分子，具有獨特的化學結構，因其具有良好的生物相容性、可降解、生物安全性以及低毒性，被廣泛的應用于生物醫藥領域，該文旨在綜述殼聚糖在生物組織工程、藥物釋放載體和醫用敷料方面的應用。

1 殼聚糖在生物組織工程方面的應用

最早提出生物組織工程概念是美國科學家langer和Vacanti[2]，并與20世紀90年代初將其定義為研究開發具有修復、替代人體器官組織的生物醫用裝置的生命科學工程技術。組織工程包括人體的硬組織和軟組織，硬組織如骨科、牙齒類，軟組織如血管、肝臟器官等。需找一種理想的材料作為生物組織替代物是工程學研究的一個重要課題。做為一種理想的材料，應具備以下幾點：①具有良好的生物相容性；②高的生物活性；③一定的強度； ④ 生物可降解性。

尚佳健[3]等人研究殼聚糖作為乳牙活髓切斷蓋隨劑的作用效果，得出的結論是殼聚糖蓋髓后牙本質橋的形成早、速度快，且不引起淺表牙髓組織的壞死，有較高的臨床應用前景。

羥基磷灰石是骨組織的主要成分，具有良好的生物相容性，但是其脆性較大不易加工，致使不能單獨應用于骨組織修復，將其與殼聚糖復合不僅能克服上述缺點，還能增加許多特殊功能，陸鈺[4]等人采用共沉淀和粒子瀝濾法成功制備了多空羥基磷灰石-殼聚糖支架，植入大鼠股部肌袋模型內，結果顯示羥基磷灰石-殼聚糖復合多孔支架具有異位成骨能力。

皮膚軟組織的研究一直都是各個國家研究的重點，對此相關的研究報道不甚枚舉，例如膠原蛋白、透明質酸、纖維蛋白、聚丙烯酰胺水凝膠等等，但是他們都具有某種缺點，有的組織反應較重、有的降解速度較慢、有的沒有生物活性或者沒有強度，殼聚糖克服了上述的缺點，成為軟組織材料研究的新寵，Yeh[5]等人合成了殼聚糖纖維素培養支架，將其接枝三聚磷酸鈉和聚甲基丙烯酸甲酯，最后涂覆明膠和血旺細胞及成纖維細胞，兩種細胞都粘附在殼聚糖表面，在24 h后快速增長，表明殼聚糖能夠為許多組織提供細胞生長支架。

2 殼聚糖在藥物釋放方面的應用

注射藥物和口服藥物其利用率相當低，主要是因為藥物在到達病變部位，有效成分被體內其它部位消耗，不僅降低藥物的利用率，還有可能對其它部位早成極大的副作用，因此研究高效的緩釋材料也是各個國家科研工作者的重點。作為藥物緩釋材料必須具備以下幾點：①具有良好的生物相容性；②可降解性；③無毒無害不致敏；④能夠有效包載藥物；⑤具有緩釋功能，殼聚糖完全具備上述特點，并且殼聚糖含有活性氨基，易于被改性，成為藥物緩釋材料的主要研究對象，具體工藝見圖1。

E. Lee， J[6]等人使用琥珀酸將低分子量殼聚糖與PTX連接起來，制備成微球，通過口服輸送。結果顯示，使用微球輸送PTX比單純口服PTX具有更好的療效，通過微球可以避免PTX與胃腸道和肝臟代謝的細胞色素P450的接觸，降低了PTX的損耗。

由于殼聚糖是一種親水性陽離子多糖，通過化學交聯殼聚糖骨干上的活性氨基很容易制備成自組裝納米微球（見圖2），納米微球可以再血液中長時間循環，不會吞噬細胞，接枝目標配體，微球可以很容易沉積在指定的病變部位，得到充分的治療。Kim[8]等人使用乙二醇對殼聚糖改性，使用碳二亞胺將膽汁酸接入乙二醇殼聚糖骨架上，使得殼聚糖具有較強的親水性。結果發現，乙二醇和膽汁酸對微球的尺寸、電勢和外貌具有很大的影響。在水溶液中可以保持1周時間，臨界聚集濃度低于低分子量的表面活性劑，動物實驗研究表明，該微球在血液中能夠長時間循環，將微球載入阿霉素、紫杉醇、多西他賽等抗癌藥物治療腫瘤時，表現出較好的治療效果和輸送能力。

3 殼聚糖在醫用敷料方面的應用

傷口愈合是一個非常復雜的工程，涉及到細胞分子、生理和生物過程。在傷口表面立即覆蓋敷料是必要的措施，敷料有利于急性、慢性和嚴重性傷口的修復和愈合，預防感染。殼聚糖不僅滿足了傷口敷料所需要具備的條件（見圖3），而且在傷口修復方面具有優異的特性，使得很多研究人員將殼聚糖作為人工皮膚的替代物。

Lu[11]等人將殼聚糖膜放入75%的乙醇溶液中過夜滅菌，將滅菌好的殼聚糖膜在紫外線下照射1 h，再放入納米銀溶液中，保持溫度為4℃ 12 h，使得Ag與殼聚糖氨基充分結合，得到0.35%W/W納米銀殼聚糖傷口敷料，AFM和SEM證實納米銀穩定的固定在殼聚糖膜表面，無菌和熱源性測試表面材料是安全的，將Ag-殼聚糖膜、Ag-磺胺嘧啶和殼聚糖分別放置于深II度創傷的老鼠身上（見圖4），結果發現Ag-殼聚糖傷口敷料明顯優于Ag-磺胺嘧啶，治愈時間分別是13.51 d、17.45 d和45 d，Ag-殼聚糖能夠生成一系列皮脂腺的上皮組織，而Ag-磺胺嘧啶沒有生成，在手術后的13 d，Ag在血液中的濃度是正常的5倍，到第45天，肝腎腦中銀含量也顯著增加，這歸功于銀離子獨特的抗菌活性，研究還證實，納米銀的抗菌活性遠高于金屬銀，術后感染率也是相當的低。

5 展望

殼聚糖及其衍生物的研究和應用是近年來生物醫學材料研究的重要方向，為生物醫學的發展提供了新的材料。目前國內外關于殼聚糖的研究遠不止于上述幾個應用，隨著科學技術的不斷更新，相信殼聚糖在生物醫學領域的應用將會越來越廣。

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（收稿日期：2013-03-11）