壳聚糖在医学领域的应用前景
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科学教育研究
159 壳聚糖在医学领域的应用前景 张 潮 姜宇乘 李 冬 巩亚明 张沓文 崔琳琳 摘 要：壳聚糖具有无毒，无害，化学稳定性好，生物形容性强等特点，是天然多糖中少见的带正电荷的高分子化合物。多年来，壳聚糖及其衍生物一直是医药研发领域的热点之一，本文综述了壳聚糖及其衍生物在医用材料、抗菌材料、抗肿瘤、组织工程、药物载体、药物缓释等方面的应用研究。简单介绍壳聚糖的制备方法并展望了其发展方向和发展前景。 关键词：壳聚糖 医学 应用 壳聚糖（chitosan）是甲壳素的脱乙酰衍生物，是自然界中仅次于纤维素的天然生物高分子聚合物。壳聚糖是自然界存在的惟一碱性多糖，它的胺基形成四级胺正离子可以和有弱碱性的阴离子交换作用，对金属离子有良好的螯合作用，是一种很有发展前景的天然高分子。壳聚糖有很好的成膜性、通透性，并富有良好的生物相容性、可再生性、易化学修饰性等优越的性能，还具有抗癌、降脂、抗血凝、抗酸、抑菌、抗溃疡、增强免疫等生物活性，能够被广泛地应用于生物工程、医药、化学化工、食品等各个领域。 1、壳聚糖的研究现状 壳聚糖 ( Chitosan，CTS) 是天然类多糖甲壳素的重要衍生物，其化学结构为 1，4-2-氨基-2脱氧-β-D 葡萄糖，广泛存在于甲壳类动物如虾蟹及昆虫等的外壳以及许多低等植物如菌藻类的细胞壁中，是自然界中储量仅次于纤维素的最丰富的天然高分子材料。壳聚糖是由甲壳素经脱乙酰化处理后得到。 壳聚糖分子结构中存在大量游离氨基，是天然多糖中少见的带正电荷的高分子化合物。壳聚糖是一种高效的阳离子型絮凝剂，能有效地沉淀溶液中的有机物，并能抑制细菌生长发育，其净水效果优于活性炭。甲壳素和壳聚糖有重要的生物活性，特别是壳聚糖大分子链上分布着许多氨基，还有部分N-乙酰基，这些基团的存在使壳聚糖表现出许多独特的化学性质，其溶解性能提高，反应活性增强。壳聚糖作为易于降解的天然高分子材料，已在化妆品、纺织、印染、医药、食品、生物以及环保等众多领域内均有较广泛的用途。 2、壳聚糖的医学应用前景 2.1 在医用材料上的应用 2.1.1 医用涂料。利用壳聚糖及其衍生物优异的生物降解性、生物相容性及成膜性，可将其制成不同临床目的的医用涂料。在日本，甲壳素、壳聚糖的纤维和海绵作为动物伤口的填充敷料已被兽医广泛应用。 2.1.2 促伤口愈合材料。用壳聚糖制成的纤维，可用于外科手术的缝合线，可吸收缝合线强度高、容易打结、韧性好，并能促进伤口愈合，是一种很有发展前景的天然可吸收性医用缝合线。据报道，用壳聚糖及其衍生物制备的医用接合材料，可使伤口愈合速度提高 75%。 2.1.3 抗凝血材料。相关研究表明，通过对壳聚糖进行分子间作用力（如交联反应、自组装、接枝共聚）、化学改性（如烷基化、醚化、羧基化、硫酸/磺酸化）以及共混等方式，可使壳聚糖及其衍生物具备较强的抗凝血功能。 2.2 壳聚糖作为药物载体的应用 2.2.1 壳聚糖作为治疗慢性病的药物缓释载体。胰岛素是糖尿病常用的治疗药物，但胰岛素极易被胃肠降解，注射胰岛素又有不便。Pan等制备了壳聚糖胰岛素微球，胰岛素浓度可提高80%。口服壳聚糖胰岛素微粒比胰岛素体内注射控制血糖时间延长了15h，生物利用率提高了14.9%。壳聚糖微球能促进小肠吸收胰岛素，并靶向性分布于小肠、肝、脾，在体内缓慢释出胰岛素。壳聚糖本身具有中和胃酸保护胃黏膜、抗炎抑制幽门螺杆菌的作用，作为治疗消化道溃疡药物的载体非常理想。Tozaki等用5-ASA壳聚糖胶囊灌服溃疡性结肠炎小鼠，小鼠结肠处的5-ASA浓度高于羧甲基纤维素5-ASA悬液，其疗效也明显优于后者。 2.2.2 壳聚糖作为抗肿瘤药物载体。Lorenzo以双氯噻吩钠与壳聚糖制成微核，包裹于丙烯酸内，然后用 Eudragit 包裹制成微球。这种微球在酸性胃液中能抑制药物的释放，而在 pH =7 左右的结肠中却可使药物持续缓慢释放达8～12 h。SongYouhua 等将丝裂霉素和丁二酰壳聚糖偶联，通过动物实验发现丝裂霉素在体内的持续时间大大延长，毒副作用显著降低，抗肿瘤活性明显增强。将紫杉醇吸附于壳聚糖微球中可将该药物有效地运载到实体瘤中，并可明显抑制肿瘤的生长。 2.2.3 基因运载工具。利用壳聚糖可浓缩DNA，且形成小的分散颗粒(最大粒径为100nm)，将壳聚糖-DNA复合物用于基因运载，经验证壳聚糖-DNA复合物能有效转染HeLa细胞(宫颈癌传代细胞)。Sato等对壳聚糖特征及其吸收率研究表明，除了较低的摄取效率，壳聚糖-DNA转导A549细胞时远远优于聚半乳糖胺/DNA复合物。因为在溶液中壳聚糖分子带大量正电荷，能与质粒DNA形成50～200nm粒径复合物，使DNA分子免受破坏。与聚乙二醇(PEG)等非生物降解的材料相比，此复合物是非常有效的体外或体内基因转运系统。 2.3 壳聚糖在组织工程中的应用研究 2.3.1 壳聚糖及其衍生物在皮肤组织工程中的研究。皮肤组织工程就是制备能够保护创面的细胞外支架材料。壳聚糖具有良好的透气性和弹性，能够防止水分和体液流失，能吸收创面渗出液，防止感染以及促进伤口愈合和抗菌的作用。现国内外已由创伤敷料发展到皮肤组织工程的研究，尤其是人工皮肤方面，而利用患者自身细胞培养的皮肤替代物更有着广阔的发展前景。 青岛大学医学院和中国海洋大学曾合作用胶原蛋白和壳聚糖作为原料，并掺入中药有效成分，制造出了具有良好效果的人工皮肤。Jayasree等也成功研究了壳聚糖临时人造皮肤，并取得了一定的成果。雷霞等在覆盖 SD 大鼠金黄色葡萄球菌污染创面实验中发现，复方壳多糖人工皮肤在抗感染和促进创面愈合上有明显优势。 2.3.2 羧甲基壳聚糖在促牙周组织再生中的研究。医学上常用壳聚糖衍生物作为牙周组织再生的组织工程支架，并将壳聚糖膜作为牙周引导组织再生膜应用于牙周组织再生术。张毅等用冷冻干燥法制备生物降解性壳聚糖膜，并通过体内外试验相结合的方法研究其生物相容性。表明壳聚糖膜无毒、无溶血、无致敏、具有良好的生物相容性，可以用于牙周干细胞移植的生物支架。 3、结论与展望 除上述应用研究外，壳聚糖能调节脂质代谢、减少血液胆固醇、调理肠胃、抗结核等多种生物活性和优良的抗菌性，可防止痛风、胃溃疡、糖尿病等，可以制作隐形眼镜和接触镜片的清洗液，还可制作人造眼泪和消炎眼药膏，可用于心脏病、治疗脑神经系统、动脉硬化、糖尿病及并发症等。壳聚糖及其衍生物作为一类具有良好生物相容性的生物材料，在医药、化妆品、化工、食品、农业、环保、轻纺等领域中的应用日益广阔，将逐渐发展成为有巨大经济效益和社会效益的壳聚糖产业。 （作者单位：哈尔滨商业大学药学院 黑龙江哈尔滨市 150076） .com.cn. All Rights Reserved.
