解析壳聚糖生物医用材料的应用

段广涛

摘要：

随着科学技术的研究不断深入，壳聚糖作为生物医用材料的应用越来越广泛。壳聚糖（cS）是一种半合成高分子氨基多糖，具有独特的化学结构，主要存在于动植物虾蟹壳中，由于对人体无毒、无刺激、无致敏、生物可降解等特性，是FDA认可的一类生物降解材料并且已广泛应用于生物医用材料领域。该文简要介绍了壳聚糖在医药方面的应用，供大家参考。

关键词：壳聚糖； 生物材料；药物释放； 敷料

【中图分类号】

R197.2+3 【文献标识码】B 【文章编号】1002-3763（2014）05-0328-01

前言：壳聚糖最早被发现是在1859年，通过对甲壳素脱乙酰化而得到^[1]。甲壳素广泛存在于昆虫骨骼、虾蟹壳类以及真菌体内。壳聚糖是半合成有机高分子，具有独特的化学结构^[2]，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，被广泛的应用于生物医药领域，该文旨在综述壳聚糖在生物组织工程、药物释放载体和医用敷料等方面的应用。

1 壳聚糖在生物组织工程方面的应用

生物组织工程的概念最早是由美国科学家提出的^[3]，并于20世纪90年代初将其定义为研究开发具有修复、替代人体器官组织的生物医用装置的生命科学工程技术。组织工程包括人体的硬组织和软组织.硬组织如骨科、牙齿类，软组织如血管、肝脏器官等。需找一种理想的材料作为生物组织替代物是工程学研究的一个重要课题。做为一种理想的材料，应具备以下几点：①具有良好的生物相容性；②高生物活性；③一定的强度；④生物可降解性。

有人^[4]研究壳聚糖作为乳牙活髓切断盖随剂的作用效果，得出的结论是壳聚糖盖髓后牙本质桥的形成早、速度快，且不引起浅表牙髓组织的坏死，有较高的临床应用前景。羟基磷灰石是骨组织的主要成分，具有良好的生物相容性，但是其脆性较大不易加工.致使不能单独应用于骨组织修复。将其与壳聚糖复合不仅能克服上述缺点，还能增加许多特殊功能，科學家^[5]采用共沉淀和粒子沥滤法成功制备了多空羟基磷灰石一壳聚糖支架，植入大鼠股部肌袋模型内，结果显示羟基磷灰石一壳聚糖复合多孔支架具有异位成骨能力。

1.1 壳聚糖在皮肤组织中的应用：皮肤组织工程支架材料除了应具有良好的生物相容性和可降解性外，还要求具有优良的韧性、弹性、透气性、保湿性、抑菌性、减小疤痕等特性。壳聚糖满足了皮肤组织工程材料所需要具备的条件（见图1），因此在构建人工皮肤的研究中显示出巨大的应用前景，很多研究人员将壳聚糖应用于此项工程中。

1.2 壳聚糖在软骨组织中的应用：皮肤软组织的研究一直都是各个国家研究的重点，科学家^[6]将透明质酸与壳聚糖复合用作软骨支架材料，发现软骨细胞能够在支架材料上贴附和繁殖，形态正常，而且能合成丰富的胞外基质。壳聚糖克服了很多相近材料的缺点，成为软组织材料研究的新宠，有人合成了壳聚糖纤维素培养支架，将其接枝三聚磷酸钠和聚甲基丙烯酸甲酯，最后涂覆明胶和血旺细胞及成纤维细胞。两种细胞都粘附在壳聚糖表面，在24小时后快速增长。表明壳聚糖能够为许多组织提供细胞生长支架。

关节软骨损伤后难以修复。壳聚糖在结构上类似关节基膜中的糖胺聚糖，与软骨细胞具有良好的相容性。科学家^[7]将壳聚糖注射到大鼠关节内，发现壳聚糖能够减缓骨骺软骨变薄，提高膝关节软骨细胞的密度，说明壳聚糖在膝关节内具有促进软骨修复的能力。

1.3 壳聚糖在骨组织工程中的应用：骨缺损是临床上常见的外科疾病，但其修复过程较慢，主要原因在于该组织中血管较少，血运较差，血液中的营养成分及对修复骨损伤具有较强的促进作用的生长因子难以到达损伤处。壳聚糖能引导或促进骨的形成。利用其吸附性，可将壳聚糖材料作为生长因子的载体，通过控制生长因子的释放速率，从而在骨损伤处长时间维持较高浓度的生长因子，达到促进骨损伤愈合的目的。

2 壳聚糖在药物释放方面的应用

注射药物和口服药物其利用率相当低。主要是因为药物在到达病变部位前，部分有效成分被体内其它部位消耗，不仅降低药物的利用率，还有可能对其它部位造成极大的副作用，因此研究高效的缓释材料也是各个国家科研工作者的重点。作为药物缓释材料必须具备以下几点：①具有良好的生物相容性：②可降解性；③无毒无害不致敏；④能够有效包载药物；⑤具有缓释功能，壳聚糖完全具备上述特点，并且壳聚糖含有活性氨基，易于被改性，成为药物缓释材料的主要研究对象，具体工艺（见图2）。

科学家^[8]使用琥珀酸将低分子量壳聚糖与PTX连接起来，制备成微球，通过口服输送。结果显示，使用微球输送PTX比单纯口服PTX具有更好的疗效，通过微球可以避免PTX与胃肠道和肝脏代谢的细胞色素P450的接触，降低了PTX的损耗。由于壳聚糖是一种亲水性阳离子多糖，通过化学交联壳聚糖骨干上的活性氨基很容易制备成自组装纳米微球，纳米微球可以在血液中长时间循环，不会吞噬细胞，接枝目标配体，微球可以很容易沉积在指定的病变部位，得到充分的治疗。使用乙二醇对壳聚糖改性，使用碳二亚胺将胆汁酸接入乙二醇壳聚糖骨架上，使得壳聚糖具有较强的亲水性，在水溶液中可以保持1周时间。动物实验研究表明，该微球在血液中能够长时间循环。

3 壳聚糖在创伤修复和伤口愈合中的应用

伤口愈合是一个非常复杂的工程，涉及到细胞分子、生理和生物过程。在伤口表面立即覆盖敷料是必要的措施。敷料有利于急性、慢性和严重性伤口的修复和愈合，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^[9]。现在已经有由甲壳素创可贴、壳聚糖止血粉、壳聚糖止血海绵及壳聚糖止血纱布等伤口敷料产品上市，这类敷料在透气性和吸水性方面均有较好的作用，对伤口表面有很好的亲合作用，最重要的是其对皮肤的增殖作用非常明显。

4 壳聚糖在免疫活性中的应用

壳聚糖在体内对直接活化巨噬细胞、NK细胞、LAK细胞、B和T淋巴细胞，介导机体的细胞免疫应答和体液免疫应答，增强机体免疫监视功能。壳聚糖与胆汁酸结合使人体内pH值偏于碱性，为淋巴细胞攻击癌细胞创造了环境，增强了人体免疫功能。壳聚糖既能激活低下的免疫功能，又能有效效抑制免疫功能亢进。有人^[10]研究了壳聚糖对小鼠的免疫调节作用，结果表明壳聚糖可提高绵羊红细胞诱导的小鼠迟发型变态反应能力，增强受试动物的血清溶血素抗体反应和巨噬细胞的吞噬反应，能促进小鼠的免疫作用。壳聚糖微球具有免疫调节活性，因此可作为免疫促进剂直接静脉注射于患者体内。

5 结束语

壳聚糖及其衍生物的研究和应用是近年来生物医学材料研究的重要方向，为生物医学的发展提供了新的材料。目前国内外关于壳聚糖的研究远不止于上述几个应用，随着科学技术的不断更新，相信壳聚糖在生物医学领域的应用将会越来越广。

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