壳聚糖国内外研究文献分析

姜 山

1811年法国人Henri Braconnot从蘑菇中提取出了一种类似纤维素的物质，由于该物质存在于虾蟹壳中，故称甲壳素(chitin)。甲壳素又名甲壳质、壳糖、几丁质或白色甲壳素等，其化学名称（1，4）-2-乙酰胺基-2-脱氧-β-D-葡聚糖。它是存在于自然界中的惟一一种带阳离子的、且能被生物降解的高分子材料，大量存在于昆虫甲壳纲动物外壳及真菌的细胞壁中，是地球上仅次于纤维素的第二大可再生资源[1]。

壳聚糖（chitosan），又称为脱乙酰甲壳素、甲壳胺，简称（CTS），是通过甲壳素一定程度的脱乙酰基而得到的，其化学名称是其化学名称 （1，4）-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖。壳聚糖的许多结构特性和纤维素相似，是一类氨基多糖。壳聚糖是自然界中唯一的碱性多糖，也是少数带电荷的天然产物。作为一种天然高分子生物材料，壳聚糖具有许多特殊的功能和广泛的用途。

1 资料与方法

1.1 数据来源 万方数据资源系统 （简称万方数据）。

1.2 方法 收集2006-01～2009-12万方数据中的论文，搜索关键词范围为“Title”，检索词为甲壳素（chitin）或壳聚糖（chitosan）。

2 结果与分析

2.1 论文发表 期刊发表论文7 117篇，其中华南理工大学、浙江大学、武汉大学等高校以及董炎明、陈忻、亲益民等人发表期刊论文较多。学位论文发表315篇：以中国海洋大学、浙江大学、东华大学等高校和陈国华、夏文水、汪玉庭等人发表学位论文较多。会议论文发表308篇。外文期刊论文共8 807篇，外文会议论文894篇（表1）。

表1 近4年科研产出

2.2 科技成果 从检出文献看，论文涉及科技成果191项。例如，丰产抗病甲壳素液体复合肥，甲壳素类系列纺织助剂等。其中，科技成果较多的机构有：中国海洋大学、武汉大学、青岛即发集团股份有限公司等。国内科技成果较多的个人有：李德森、纪明耀、曲天明等。申请专利7 056项。起草标准1项。

2.3 应用研究

2.3.1 制药方面 大多数植入人体内的控释制剂药物是利用可降解聚合物制成的，较常用的有聚乙酸、聚酸酐及多聚糖等聚合物[2]。采用聚乳酸-聚乙二醇共聚物为载体制备缓释疫苗微球，具有较高的包封率、载药量和明显的缓释效果[3]。

2.3.1.1 微球制剂 黄鑫等[4]人以壳聚糖为辅料，以京尼平作为交联剂，应用乳化交联法制备具有控制释放功能的负载rhBMP-2壳聚糖微球；利用酶联免疫吸附实验（ELISA）动态检测BMP-2壳聚糖微球的载药率、包封率和缓释规律以分析微球的缓释能力。乳化交联法制备的壳聚糖微球球形良好，具有良好的包封率 （>85%）。体外药物释放试验表明，rhBMP-2可以从壳聚糖微球中缓慢释放,整个释放过程可达30 d。

2.3.1.2 缓释膜 阎春琪等[5]人以小檗碱和壳聚糖为主料制备复合膜的方法,并通过试验测定了该膜的药物释放效果。试验表明：低浓度（0．234 mg/ml）小檗碱即可抑制辣椒炭疽病菌（Vermicularia capsici）等5种蔬菜病原真菌的生长。20 mg/ml浓度壳聚糖对番茄灰霉病菌（Botrytis cinerea）的抑制率高达65%，而对其余4种果蔬病原真菌也有一定的抑制作用。为了集成这2种天然化合物的优点，制备了小檗碱-壳聚糖复合膜，在模拟外部环境（磷酸缓冲液，pH6.8）条件下，20 d小檗碱累计释放率接近25%。该研究成果提示壳聚糖在果蔬贮藏抗菌等方面的应用价值。

2.3.2 药理作用研究 作为生物医学材料，甲壳素及其衍生物具有独特的生理活性和生物相容性，可提高机体免疫力、抑制肿瘤细胞生长、活化增殖双歧杆菌、降低血压、降低血脂、抗菌防腐、消炎镇痛、促进血管内皮生长、创伤再生修复和愈合、抗心肌缺血、抗心律失常等[6]。

2.3.2.1 降血糖作用 李建波等[7]人以降糖百分数为指标,考察了胰岛素溶液、壳聚糖溶液、壳聚糖-胰岛素混合液经正常Wistar大鼠口腔给药后对血糖的影响。Wistar大鼠经灌胃上述三种溶液后，在不同时间间隔于大鼠尾尖取血0.2 ml，待血液凝固后离心（5000 r/min，15 min），精密吸取血清10 μl，按血糖测定盒的要求，加酶酚混合试剂1.5 ml，混匀置37℃水浴中温育15 min后，于505 nm处测定吸光度值，以葡萄糖标准溶液为对照，求算出各样品的血糖值。计壳聚糖-胰岛素溶液的降血糖作用与胰岛素溶液相比有显著性差异（P=0.001），而与壳聚糖溶液相比无显著性差异（P=0.069）。此试验说明了壳聚糖具有一定的降血糖作用，并且它的特殊结构还对胰岛素起到了保护和促进吸收的作用，是一种优良的胰岛素口服制剂的载体。

2.3.2.2 对细胞膜电位的影响 何文等[8]人用流式细胞仪检测壳聚糖[不同取代度的N-三甲基壳聚糖（TMC）和 N-羧甲基壳聚糖（MCC）]及其衍生物对HaCaT细胞膜电位的影响。该项目组将纯水作为对照，并将荧光分子探针DiBAC4（3）标记HaCaT细胞膜电位，利用流式细胞仪检测壳聚糖及其衍生物处理之后细胞膜电位的变化情况。得到了壳聚糖及其衍生物降低细胞膜电位的结论，同时可能是其具备透皮吸收促进作用的原因之一。

2.3.2.3 对血液凝结的影响 Okamoto等[9]以在狗的血液的实验评估了甲壳素（壳聚糖）在血液凝结和血小板凝集方面的作用。整个血液混合了甲壳素（壳聚糖）悬浮液（0.000 1～1.0 mg/ml），之后运用先进的Ree-White方式测定了血液凝结时间（BCT）。甲壳素（壳聚糖）以剂量依赖性的方式减少了血液凝结时间（BCT）。其后，又制备添加了甲壳素（壳聚糖）悬浮液的富集血小板的血浆，通过利用一种双相悬浮液测量了血小板凝集集团（PA）的数量。该PA值是在所有甲壳素、壳聚糖、植物纤维物质、植物乳液项目中最强的。此项目得出如下结论：甲壳素和壳聚糖提高了血小板衍生生长因子-AB（PDGF-AB），尤其是壳聚糖的该作用明显。

2.3.3 组织工程研究 鉴于老年人骨骼易受创伤，骨质疏松症频发，连接处易发病等原因，骨骼的重建和再生已成为世界性难题。近些年国内外的研究，极大地强调了生物活性的壳聚糖系统对组织工程方面产生的提升作用[10]。

2.3.3.1 人造组织材料 Marchand等[11]首先制得添加了或不添加凝血因子的固体化磷酸-壳聚糖/血液混合物，在体外以测量血液粘稠度的方式评估该混合物的效力，以体内试验的方式鉴定其在微钻软骨缺陷的成年兔子身上的作用（N=41 defects）。整个血液，以及添加甘油磷酸的血液结块最终都产生了相似的抗拉强度。凝血酶组织因子（TF），重组人组织活力因子Ⅶ （rhFVIIa）加速了体内壳聚糖-甘油磷酸/血液固体化（P<0.05）。

2.3.3.2 结块支架 Martyna Kucharska等[12]经过壳聚糖球面挤压、球面结块模具压制成形、与交联剂（固体三聚磷酸钠，STPP）绑定等步骤，制得了壳聚糖微球结块支架。通过扫描电镜（SEM）等仪器的观察，得到了表面形态学与局部解剖学的图像。机械测试结果表明，该人造壳聚糖支架与人骨具有相似的抗压性。细胞毒性也与以往合成材料相比有了很大程度上的的降低。

2.3.3.3 组织粘连物质 Martin等[13]把壳聚糖的纳米颗粒沉积到钛金属的表面，测得钛金属的强度为（0．19±0．08） GPa，弹性模量为（4．90±1．82）GPa。 扫描电镜图像显示了壳聚糖涂料可以吸收钛金属裂缝处的残余应力；而接触角测试表明，壳聚糖涂料比以往报道的材料具有更大的疏水性。尽管壳聚糖涂料使结块部分更加具有疏水性，但机械测试显示，壳聚糖涂料同样明显提高了结块部分的粘附特性。一系列实验得出结论，壳聚糖可以作为钛金属面的涂料应用于组织工程中。

3 讨 论

在医药领域中，壳聚糖的应用创新价值越来越受到更多的关注，尽管，目前仍有众多问题，如溶解性差，缓释膜机械强度小；不良反应大，如造成脂溶性维生素缺乏，造成营养吸收缓慢；以及它的工业化生产和制备工艺有待改进等。但壳聚糖的资源丰富、价格便宜、生物相溶性等特点使其被认为是一类具有独特生物活性的高分子化合物，是近年来国内国际十分重视的新材料。壳聚糖化学结构上有氨基、羟基，易进行多种化学反应，因此可经化学修饰后生成多种衍生物，并且大大改善其物理、化学性质。壳聚糖已经被开发出的和潜在的良好性能已为其应用展现了广阔的美好前景。

总而言之，壳聚糖作为一种生物性能优良的、可生物降解的高有机分子材料，拥有丰富的资源，拥有巨大的潜在市场。加强对壳聚糖及其衍生物产品的研究和开发，必将产生巨大的经济效益和社会效益和生态效益，必将为我国的可持续发展发展作出新的贡献。

[1]严 俊.甲壳素的化学和应用[J].化学通报，1984，11：26-31.

[2]周长江，崔黎丽，林锦明．生物可降解聚合物极其在纳米控释系统中的应用[J]．药学服务与研究，2002，2(2)：112-114.

[3]徐希明，沈玉萍，余江男，等.聚乳酸一聚乙二醇共聚物为载体的缓释疫苗微球的制备及特性研究口[J].中国药学杂志，2005，40(14)：1080-1083.

[4]黄 鑫.rh-BMP-2壳聚糖微球的制备及体外检测[J].中国矫形外科杂志，2009，17：1172-1174.

[5]阎春琦.小檗碱和壳聚糖抗蔬菜病原真菌活性测定及聚合膜制备[J]. 北方园艺，2009，8：131-133.

[6]夏文水，吴炎楠.甲壳素/壳聚糖水解酶的研究进展[J].中国海洋药物，1997，16(2):31.

[7]李建波.壳聚糖在胰岛素口服给药中的作用[J].河南大学学报(医学版)，2009，28(2)：118-120.

[8]何 文.壳聚糖及其衍生物对HaCaT细胞膜电位的影响[J].中国药学杂志，2009，44(14)：1063-1064.

[9]Okamoto Y,Yano R,Miyatake K,et al.Effects of chitin and chitosan on blood coagulation[J].Carbohydrate Polymers,2003,53(3):337-342.

[10]Tao Jiang,Sangamesh GK,Lakshmi SN,et al.Biologically Active Chitosan Systems for tissue engineering and regenerative medicine[J].Current Topics in Medicinal Chemistry,2008,8:354-364.

[11]Marchand C,GE,Rivard JS,Hoemann CD.Solidification mechanisms of chitosan-glycerol phosphate/blood implant for articular cartilage repair[J].Osteoarthritis and Cartilage,2009,17(7):953-960.

[12]Martyna Kucharska,Katarzyna Walenko,Beata Butruk,et al.Fabrication and characterization of chitosan microspheres agglomerated scaffolds for bone tissue engineering.Materials Letters[J].In Press,Corrected Proof,Available online 10 February,2010.

[13]Martin HJ,Schulz KH,Bumgardner JD,et al.Enhanced bonding of chitosan to implant quality titanium via four treatment combinations[J].Thin Solid Films,2008,516(18)：6277-6286.

[14]蒋挺大.甲壳素[D].北京：化学工业出版社，2003.78.