(二)壳聚糖在医药中的应用

2006-08-16

    (3)壳聚糖作为缓释载体的应用

    ①治疗慢性病的药物缓释载体

    a.内分泌系统慢性疾病药物缓释载体  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,生物利用度提高了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。

    b.消化道系统慢性疾病药物缓释载体  法莫替丁是治疗胃、十二指肠溃疡的强效药,但普通药物制剂口服后快速释放,刺激作用明显,体内半衰期短,生物利用度低。He等利用喷雾干燥法制备的西米替丁和法莫替丁壳聚糖缓释微球,其缓释作用可延长几个小时,当法莫替丁壳聚糖质量比为4:3时缓释效果最好。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。抗溃疡性结肠炎药物5-氨基水杨酸(5-ASA)大部分在小肠近段被吸收而不能在结肠达有效浓度,于是国外学者均将壳聚糖作为载体进行结肠靶向给药研究。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。

    c.心血管系统慢性疾病药物缓释载体  Tapia等发现壳聚糖地尔硫卓缓释片在pH 1.17-2.21溶剂中,释药时间约3h,在pH 5.52-8.72中缓慢释药达8h,其控释与壳聚糖的量及pH值相关。此外尼莫地平、硝本地平壳聚糖缓释剂能改善药物吸收,提高生物利用度。

    ②局部抗感染药物的缓释载体

    a.抗细菌药物载体  抗生素缓释系统中研究较多的有庆大霉素、环丙沙星、万古霉素等。陈爱民等在壳聚糖庆大霉素缓释系统体外试验中显示:第1天药物释放量926.7μg/粒,其后以稍低水平维持达25d以上。持续8周局部药物浓度在常见致病菌MIC以上。临床应用于18例慢性骨髓炎患者,初期愈合率为88.9%,无复发。Cerchiara等利用喷雾于燥法制成盐酸万古霉素壳聚糖缓释系统,pH2.0-7.4时作用时间达10d。

    b.抗衣原体与抗支原体的药物载体  衣原体、支原体感染病程长,口服肌注时局部药物浓度低,壳聚糖膜剂可缓慢软化并溶于阴道分泌物中。葛为公等利用氧氟沙星壳聚糖膜剂治疗144例女性生殖道衣原体,支原体感染的患者转阴率为90.0%,对照组为73.9%,有显著统计学差异。

    c.抗真菌药物载体  壳聚糖本身具有抗真菌活性,还可提高药物黏附性而加强抗真菌作用。Senels等研究发现,壳聚糖与葡萄糖酸氯己定(chlorhexidine gluconate,CHX)复合成膜和凝胶后,CHX在口腔释放可持续3h,当含0.1%的CHX与壳聚糖复合时有最高的抗真菌活性。

    d.抗病毒药物载体  Genta等利用壳聚糖与无环鸟苷制备的滴眼液在动物实验中发现可明显延长无环鸟苷的药物作用时间,提高生物利用度,对眼无刺激。

    ③抗癌药物缓释载体

    壳聚糖由于其良好的生物相容性和可降解特性,并且在人和动物体内具有生物活性,如免疫调节、调理肠胃功能、抑制肿瘤增殖等作用,成为药物尤其是抗癌药物载体的理想材料。目前,以壳聚糖为载体,已制备出5-氟尿嘧啶、阿霉素、丝裂霉素、顺铂、紫杉醇、喜树碱等药物的缓释微球,研究表明这些缓释微球能够有效地提高抗癌药物的疗效并降低药物的毒副作用。Mitra等将阿霉素与相对分子质量1万的聚醛基葡聚糖偶联,而后采用微乳法以壳聚糖为材料将偶合物制成纳米粒,平均粒径为100±10nm,用于实体瘤的治疗,结果证明该纳米粒可以抑制肿瘤生长,减少副反应,延长实验动物的生存期。Song等将N-琥珀酰壳聚糖-丝裂霉素复合物埋植于皮下治疗肉瘤-180,体内试验显示,丝裂霉素局部维持有效释药浓度达7d,但具有较低的全身副作用,同时对肉瘤-180生长具有较高的抑制作用。Berfada等制备了可用于化疗治疗的喜树碱磷酸甘油壳聚糖纳米粒,将该纳米粒植入模型鼠皮下肿瘤,发现其抑制肿瘤增长的时间要明显比单用喜树碱注射治疗所用的时间长,而且没有出现动物体重下降等毒副作用。紫杉醇(PTX)是一种水溶性极低的(溶解度仅为0.006g/L)的天然抗癌药物,因其分子结构的复杂性,通过改变pH值、成盐法、助溶剂都不能很好地解决其溶解度问题。Miwa等制备了N-十二烷基-羧甲基-壳聚糖紫杉醇纳米胶柬,其粒径<100nm,具有不易被网状内皮系统摄取的优点,胶束溶解度比PTX高1000倍。溶血实验表明,该基质比吐温80更安全,对KB细胞的毒性实验表明,PTX的胶束溶液比PTX更有效。

    ④生物活性物质载体

    采用壳聚糖及其衍生物形成的纳米粒子作为药物载体,由于粒子表面存在大量离子基团或亲水基团,亲水性药物可以通过静电相互作用或氢键作用结合在粒子表面,载有药物的粒子吸附在肠道黏膜上,释放药物进入上皮细胞,并最终到达毛细血管。有文献报道壳聚糖及其衍生物具有促进渗透吸收、酶抑制作用和生物黏附的特性,这些作用使其有望成为生物活性药物的运送载体,增加此类药物在体内的吸收。碱性纤维细胞生长因子(bFGP)是一种具有多种生物学功能的蛋白多肽,卜寿山等采用Berthold的沉淀/凝聚法制备壳聚糖微球,用此微球包裹bFGF,结果表明,该微球能够有效地保护bFGF活性,在较长时间内控制释放bFGF。胡云章等选取HBV表面抗原亚单位疫苗及HBVDNA疫苗作为模型,以壳聚糖作为载体,通过沉淀凝聚法制备壳聚糖微球疫苗,用ELISA检测血清中抗HBVIgG,微球疫苗在16周才达峰值,证明壳聚糖微球具有保护作用及缓释作用,能够使诱导的IgG应答水平阈值的时间延长。Lubben等用载白喉毒素的壳聚糖微粒对小鼠灌胃,诱导的系统和黏膜免疫应答显著强于白喉毒素溶液剂。Roy等用壳聚糖-DNA纳米粒对小鼠进行口服接种,结果表明转导基因在小鼠小肠上皮中表达、诱导产生分泌性IgA和血清IgG抗体。接种疫苗纳米粒的小鼠和不接种或接种裸DNA的小鼠相比,与过敏反应相关的IgE水平、血浆组胺水平和血管渗透性显著降低。

    ⑤基因运载工具

    开发基因药物的一个重要环节在于基因递送载体的研制。基因递送载体主要有病毒载体和非病毒载体。非病毒载体主要是将治疗基因表达系统既质粒基因递送到细胞内,使质粒调控基因表达,基因表达产物发挥治疗作用,这类载体包括复合物、脂质体、微球和纳米粒等。将包埋小牛胸腺DNA的壳聚糖-海藻酸钠微囊通过管饲法注入小鼠体内后,发现微囊通过小鼠消化系统仍能回收,说明壳聚糖-海藻酸钠微囊可作DNA的保护屏障。利用壳聚糖可溶缩DNA,且形成小的分散颗粒(最大粒径为100nm),将壳聚糖DNA纳米粒复合物用于基因运载,实验证明壳聚糖DNA纳米粒复合物能有效转染Hela细胞。Shuying Gao用凝胶法制备了半乳糖改性高纯低分子量的壳聚糖-接枝-葡聚糖复合物(Gal-LMWC),半乳糖基团与壳聚糖化学连接,以赋予其对肝癌细胞(HepG2),L-02,SMMC-7721,宫颈癌细胞(Hela)的靶向性;而Gal-LMWC/DNA的配合物则显示了对肝细胞的靶向性,其转染性能与壳聚糖的脱乙酰度有关。

    随着水溶性壳聚糖作为药物载体的研制,pH非依赖性壳聚糖载体的制备及温敏性壳聚糖凝胶的探索,大大扩展了它的其应用范围。壳聚糖微球良好的靶向性,体内分布方向性及能与相应的抗体、酶、生物素交联等特性,对局部定位靶向治疗疾病提供了良好的应用前景。

    2.2 止血和伤口保护材料

    甲壳素和壳聚糖具有止痛、止血、促进伤口愈合、减小疤痕,抑菌、良好的生理相容性和生物可降解性等优异的性能,非常适于作为伤口敷料的原料。

    (1)甲壳素和壳聚糖的止痛作用

    甲壳素和壳聚糖对伤口疼痛有很好的舒缓作用。Allen等发现壳聚糖与伤口接触时能起到清凉而舒服的润肤作用。最近Okamoto等对甲壳素和壳聚糖对由于稀乙酸溶液诱发的炎症疼痛的止痛作用机理进行研究后发现壳聚糖由于吸收了乙酸在发炎部位释放出来的质子而起到止痛作用,而甲壳素则主要是由于吸收了血管舒缓激肽而起到止痛作用。

    (2)甲壳素和壳聚糖促进伤口愈合及减少疤痕的作用

    甲壳素和壳聚糖有促进伤口愈合的作用,目前对其机理已有了一些研究。伤口的愈合过程可分为三个阶段:炎症的形成,肉芽组织的生成和生物基质的重建。甲壳素和壳聚糖可促进内白细胞杀菌素和巨噬细胞的迁移。Usami等研究发现,甲壳素和壳聚糖对犬的嗜中性粒细胞有趋化性吸引作用,在体外也能使犬的多形核白细胞(PMN)产生趋化性迁移。他们认为,甲壳素和壳聚糖对PMN迁移作用的增强是通过产生趋化因子C5a而影响补体的活性。伤口分泌的高浓度趋化因子对PMN细胞有很强的趋化性吸引作用。PMN细胞在发炎部位能够起到吞噬(细胞)作用和杀菌活性。Mori等通过体外实验证明,甲壳素和壳聚糖可以诱发纤维母细胞产生白细胞介素-8(IL-8)。IL-8具有血管增殖作用,并且对内皮细胞和表皮细胞有趋化性吸引作用,可以促进纤维母细胞及血管内皮细胞的迁移和增殖。此外,还发现甲壳素和壳聚糖能诱发产生前列腺素E2,IL-1,白三烯B4(LTB4)类纤维母细胞生长因子类似物(在狗体内)以及IL-1β(在人体内)等可以促进血管增殖和细胞迁移的介质。随着血管的增殖作用,可以为纤维母细胞的细胞质中肽链所含的脯氨酸和赖氨酸的羟基化过程提供所需的氧及维生素C,从而促进了胶原蛋白分子的形成。免疫组织化学的研究表明,用甲壳素和壳聚糖处理的伤口,可以加速Ⅲ型胶原蛋白的分泌,从而促进了肉芽组织和上皮组织的形成。

    由于伤口处Ⅰ型和Ⅲ型骨胶原的不平衡而易形成大面积的疤痕,而在对狗和老鼠进行实验后发现,将壳聚糖作用于伤口后,不会产生大的疤痕。甲壳素和壳聚糖在伤口处可以抑制Ⅰ型骨胶原的产生从而减少疤痕。它们还可以在伤口处通过促进肉芽组织及上皮的生成,减少伤口的收缩,从而起到减小疤痕的作用。

    (3)甲壳素和壳聚糖的抗炎作用

    通常,表面带正电荷的材料由于强烈的不可逆的细菌粘附性,作为医用材料时很容易引起严重的炎症反应。虽然壳聚糖分子中的伯氨基在酸性介质中很容易产生-NH3+结构,但它通常不会引起炎症。从不同脱乙酰度的壳聚糖表面的Zeta电势可以看出,由于壳聚糖的弱碱性,其表面的Zeta电势不是很高的正值,这表明壳聚糖膜不会对周围的组织产生强烈的刺激作用。

    (4)壳聚糖的凝血作用

    壳聚糖具有止血作用,能促进凝血和血栓的形成。Bhaskara等进行血液凝结实验表明,壳聚糖有加速止血的作用,对人和动物血液中的红血球都有凝聚作用,认为这是由于壳聚糖分子链所带的正电荷和与细胞表面带负电荷的胞壁酸的相互吸引而产生粘合作用,由于壳聚糖与红血球的粘合作用引起细胞的聚集,从而促进血液的凝结,起到止血的作用。

    (5)甲壳素和壳聚糖的抑菌作用

    甲壳素、壳聚糖和它们的衍生物对细菌、酵母、真菌等微生物都有很好的抑制作用,对一般人体表皮存在的细菌如表皮葡萄球菌,大肠杆菌和热带白色念珠菌以及烧伤病人易出现的绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌和化脓性金黄色葡萄球菌感染等都有显著的抑制作用。目前,对这类材料确切的抗菌机理还不是很清楚。一种看法认为:由于壳聚糖分子中所带的正电荷和微生物细胞膜所带的负电荷的相互作用,导致细菌的蛋白质和其它细胞成分的泄漏而产生抗菌作用。pH值较小时,壳聚糖分子链上的C-2位置所带的正电荷比甲壳素多,其抗菌性能也比甲壳素好。Cuero等认为,壳聚糖由于分子内丰富的羟基和氨基,可以作为鳌合剂选择性地键合微量金属从而抑制毒素的产生和微生物的生长。此外,壳聚糖可以激发许多组织的抵抗能力;作为一种水性键合剂并抑制不同的酶;低分子量的壳聚糖可以进入微生物的细胞,通过抑制DNA转变为RNA来抑制细胞的生长。

    (6)甲壳素和壳聚糖的可降解性能

    甲壳素和壳聚糖可以被壳多糖酶和溶菌酶降解。在伤口处迁移的嗜中性粒细胞可以分泌溶菌酶、壳三糖酶和NO等,并对甲壳素和壳聚糖的分子起到吞噬作用,从而促使其降解,其中的NO分泌物受N-乙酰葡糖胺单元的影响较葡糖胺单元更为显著。由于上述原因,甲壳素和脱乙酰度较低的壳聚糖分子受酶的降解作用较为显著,而高脱乙酰的壳聚糖的降解作用相对较慢。Tomihata等对甲壳素和不同脱乙酰度的壳聚糖进行的体外和体内降解性实验结果证明了这一点。用甲壳素和壳聚糖制成的伤口敷料由于其降解作用,可以被肌体吸收,从而消除了揭除时的流血以及疼痛,此外也不会因为留下碎屑而延缓伤口的愈合。

最新评论

暂无评论。

登录后可以发表评论

意见反馈
返回顶部