壳聚糖载药微球的制备方法及在医药领域的应用*

田 园，张燕丽，付起凤，康宇红，孟凡佳，吴丽红，孟胜楠

（1.黑龙江中医药大学 实验实训中心，黑龙江 哈尔滨150040；2.齐齐哈尔中医医院，黑龙江 齐齐哈尔161000）

前 言

在自然界中，壳聚糖（Chitosan，CS）是唯一的天然碱性多糖，化学名称为（1,4）-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖，是由甲壳素脱乙酰基作用得到，广泛存在于虾、蟹甲壳类动物等的外壳中，具有良好的降解性、安全性、生物相容性，在医药、工程、化工等行业有重要应用价值。

微球是指以清蛋白、壳聚糖、明胶、聚乳酸等高分子材料制成的药物传递体系，微球中的药物溶解、分散或包裹在材料中从而形成粒径大小5～250μm间的球状实体[1]。不同粒径大小的微球可作为药物的缓释、控释、靶向给药的药物载体,成为新型给药系统领域研究的热点。载药微球材料作为药物缓释体系的载体，应有如下特征[2]：①毒副作用小，药物稳定性强；②具有可生物降解性并能有效控制药物释放速度和时间；③可延长药物作用的时间，提高材料的生物利用度；材料的降解过程需发生在合理的期间内；④来源广泛、价格低廉，适合常规方法制备，并可大批量生产应用；⑤作为多肽、蛋白类等药物的载体时，还应满足药物成分免受胃蛋白酶或胃肠道环境破坏的特殊要求。

近年来，壳聚糖微球作为药物缓释和传递的载体，因其具有缓释性、靶向性、生物相容性等优点，可起到延长药效、控制药物释放、稳定药物成分的作用，在药物载体领域中深受研究者的青睐。

1 壳聚糖微球的制备方法

1.1 乳化交联法

乳化交联法[3]（emulsion cross-linkingmethod）是传统的微球制备方法，其原理是利用壳聚糖分子中的氨基与醛类化合物（醛基）发生氨醛缩合反应，经交联固化便可得到微球。具体方法是在油相中配置油包水型（W/O）壳聚糖乳液，再加入甲醛或戊二醛等交联剂进行固化，经过滤、洗涤、干燥后制得壳聚糖微球。此方法制得的壳聚糖微球外形规整，结构紧密，可用于亲水或疏水型多种药物的包载，载药量较为理想。但此方法制得的微球的大小受多重因素影响，如交联剂、水相及油相、表面活性剂的比例，乳化时间、交联温度和时间等。同时，交联剂易与被包裹的药物发生反应，影响药物的活性。

王鹏[4]等，选用乳化交联法经搅拌、超声共同作用，交联剂选用三聚磷酸钠，制得性能良好的Sema3A壳聚糖微球，对其形态进行表征显示微球的表面光滑且粒径均匀，具有较高的包封率、微球溶胀率、载药量。

Mao[5]等通过乳化交联法制备了万古霉素海藻酸-壳聚糖微球，结果显示，复合微球的平均直径为25.3±5.4μm，使用相关模拟微球实验，表明相关性较好（相关系数r=0.9996），平均载药量可达18.5%±2.3%。进行体内研究实验表明此微球有效保护了药物浓度，而且降低了毒性。

陈丽媛[6]等分别选用四种不同相对分子质量的壳聚糖通过乳化交联法制备了壳聚糖载药微球，并对其进行了相关性能检测（粒径大小、溶胀率、载药率与包封率），发现当壳聚糖的相对分子质量为240kDa时，其载药微球的载药率与包封率较高，综合性能普遍优于其它相对分子质量的壳聚糖微球。利用此相对分子质量的壳聚糖包埋固态分散体（Solid dispersion,SD）制备了一种较为理想的药物缓释体系——壳聚糖-SD载药微球，进而改善了药物的溶解度，延缓并控制了药物的释放速度，可用作包埋溶解性差、对胃肠道的刺激强的药物的载体。

Chi X[7]等利用乳化交联法制备了包裹石榴皮提取物的壳聚糖-海藻酸微球，经二项式方程模拟微球实验，结果表明相关系数为0.994，其相关性较好。为优化反应条件，降低壳聚糖的沉积时间、海藻酸及乳化剂的用量对微球载药量的影响，经星点设计-效应面法优化后较为理想的制备条件为：壳聚糖的沉积时间为2.56h，乳化剂17.83%，海藻酸0.98%，固化时间为5h，戊二醛为1mL，此时的微球载药量达12.19%。也有研究人员用改性的壳聚糖或者海藻酸来优化其形态制备微球。

1.2 喷雾干燥法

喷雾干燥法[8]（Spray drying method）是指将要包裹的药物分散于PLGA等聚合物的有机溶剂中，形成W/O/W型（水包油包水）乳浊液，再将乳浊液在惰性气体保护下使用喷雾干燥仪干燥，使乳滴上的溶剂快速挥发，进而实现药物的包埋，得到粒径均匀的壳聚糖载药微球。喷雾干燥法的优点是适合规模化工业生产，简化了灭菌的过程，降低了人为误差，水溶性差的药物适用于此方法，但由于反应过程中体系内的温度较高，故不适合包埋热敏型药物。

李纳[9]等利用喷雾干燥法将磷脂复合物与壳聚糖结合成复合微球，为水溶性较低的姜黄素提供新的给药载体，并进一步讨论其对肺癌的靶向治疗效果和吸收机制。研究结果表明，此复合微球可作为将药物传递至肺部吸入给药的干粉吸入剂，当壳聚糖与磷脂的质量比为3∶1时，复合微球呈现光滑完整的球形，并表现出良好的载药量（为（11.79±0.82）%）和吸湿性。

孙玉卿[10]等采用喷雾干燥法制得了黄芪多糖-壳聚糖药物缓释微球并研究了其对大鼠变应性鼻炎的疗效，结果表明，将此缓释微球滴入变应性鼻炎的大鼠鼻腔后，可明显降低患病大鼠的鼻腔分泌物及打喷嚏、抓鼻次数，减缓其鼻腔粘膜组织重塑速度，部分上皮组织得到修复，为治疗变应性鼻炎积累了实验依据。

1.3 离子交联法

离子交联法[11]（ionic gelation method）是指大分子链利用聚电解质的正负电荷相互作用联结在一起，发生一种分子内或分子间的可逆的物理交联反应。具体方法是在酸性条件下，壳聚糖表面的氨基变成NH3+，带有正电荷，与一些带负电荷的聚离子如三聚磷酸钠通过静电作用，发生分子内或分子间的相互交联形成球形或网状，从而生成壳聚糖的微球，此过程是可逆的。通过本方法制备微球具有一定的优势，如操作简便，反应环境温和，微球粒径可控，能有效保护药物的活性。但由于离子交联法仅靠静电吸附作用形成可逆的物理交联反应，所以制得的微球机械强度不高，外形规整度也有待提高。

Sriram[12]等利用离子交联法将氧化铜-姜黄素加入到壳聚糖-苯丙酮中，制备出复合载药微球，姜黄素可以有效释放源于壳聚糖中的芳基酮和亲水性纳米氧化铜的存在。同时研究了制备的复合微球对M19-MEL、MCF-7及HeLa的抗癌活性作用，研究结果表明此微球的抗癌活性大小与游离的苯丙酮数量相当，当IC50为12～19μg/mL时的抗癌活性效果最显著。

梁雪莉[13]等以壳聚糖为载体，低相对分子质量的三聚磷酸钠作为交联剂，选用离子交联法，并经星点设计-效应面法将制备工艺优化，最终得到载有牛血清白蛋白的壳聚糖微球的最佳制备工艺，即壳聚糖的浓度为4.5mg/mL,三聚磷酸钠的浓度为10mg/mL，牛血清白蛋白的用量为60mg。此时的微球形态光滑圆整，大小均一且没有粘连，包封率和载药量可达74.1%和50.8%，体外释放测试表明33.5h后药物累计释放度仅有9.61%，药物释放速度缓慢并持续，释放机制属于Fickian扩散，为壳聚糖包裹蛋白多肽类药物的研究奠定了基础。

Mishra[14]等结合离子交联法及喷雾干燥法制备了包裹盐酸多西环素和左氧氟沙星盐酸盐的壳聚糖聚电解质缓释复合微粒，其靶向性强，缓释效果好且无细胞毒性。此方法制备的微粒可用于吸入型药物递送抗生素的优良载体。

1.4 沉淀/凝聚法

沉淀/凝聚法[15]（precipitation/coacervationmethod）是1989年Bodmeier首次提出的。沉淀/凝聚法是指在壳聚糖与药物的溶液中，通过带相反电荷、溶剂转换等物理或化学（如）的方法使壳聚糖的溶解度发生改变，进而凝聚包载药物，并使壳聚糖沉淀出来，制备出壳聚糖载药微球，包括中和沉淀法及凝聚法。中和沉淀法指壳聚糖在碱性环境中溶解度降低从而沉淀析出。凝聚法指由于壳聚糖溶于稀酸介质中氨基发生质子化呈阳离子性，从而向其中滴入阴离子性沉淀剂，使壳聚糖的溶解度发生改变并析出，从而形成壳聚糖微球。

Unagolla[16]等运用凝聚法分别制备出载有万古霉素的壳聚糖及壳聚糖-藻酸盐微球。他们首先将低分子量壳聚糖的冰醋酸溶液过滤，加入万古霉素溶液后搅拌均匀，待充分溶解后将此混合溶液缓慢滴加至三聚磷酸钠溶液中，搅拌2h后过滤，经室温风干后，在壳聚糖微球中成功包裹万古霉素。同时，他们又将壳聚糖和氯化钙制成共溶液，将万古霉素溶液加入其中并经连续搅拌后，将此共混液逐滴加入到海藻酸盐/磷酸三苯酯（TPP）溶液中，经室温风干后对其进行性能测试，表明制得的万古霉素-壳聚糖-藻酸盐微球每天释放万古霉素22μg左右，可持续释放14d，具有良好的控释性能，并且当提高藻酸盐的浓度时万古霉素的释放速率并未增加。

Smith[17]等选用凝聚/沉淀法研究了制备工艺对壳聚糖载药微球的粒径变化和药物释放性能的影响。在壳聚糖的浓度、相对分子质量以及沉淀剂的滴入速度发生变化时，载药微球粒径的变化范围是300nm～3μm之间。同时发现，药物释放速率随着载药微球粒径变大或药物相对分子质量减小而增加。因此，此方法的制备工艺有效控制着药物释放速率。

2 壳聚糖载药微球的应用

2.1 止血材料的载体

Shi[18]等用羧甲基壳聚糖、海藻酸及胶原蛋白制备出新型复合微球，可促进血小板的粘附聚集和体外活化，同时具有良好的生物可降解性，有利于形成血小板栓子且无细胞毒性，为止血材料的发展研究奠定了一定基础。Sun[19]等研究的壳聚糖-高岭土复合微球对大鼠的尾截肢及肝裂伤的模型中，其止血时间显著降低，因此制得的复合微球可用作快速止血剂，为创伤止血领域研究提供实验基础。

2.2 抗癌药物的载体

Liu[20]等首先将葡萄糖氧化酶载入海藻酸钙凝珠中，再通过静电作用制备出加载了葡萄糖氧化酶的海藻酸-壳聚糖微球。对其进行体外细胞实验表明，在瘤内注射此微球可有效延缓肿瘤的生长，与其他载体药物相比其毒性低很多。沈海俊[21]通过实验证明了载有阿霉素的SA（海藻酸钠）-CS微囊可以在pH值为7.4的条件下缓慢释放，对小鼠的B16F10黑色素肺转移肿瘤有很好的抑制作用。

Jameela[22]等以戊二醛为交联剂制得载有米托蒽醌壳聚糖载药微球，通过在小鼠的腹膜内部注射本微球后的存活时间和60d内体重变化来评估其对癌症抑制效果。对小鼠使用米托蒽醌单独给药时小鼠存活2.1d，而将载有药物的微球注射至小鼠体内时，由于药物的缓释效果可对小鼠有连续给药的作用，小鼠存活了50d之久，表明本缓释微球对患癌小鼠有良好的治疗效果。

2.3 疫苗、蛋白质类药物的载体

Khatri[23]等把含有乙肝表面抗原基因DNA质粒负载于壳聚糖纳米粒中，两周后血清里的抗乙肝表面抗原抗体依然存在。付围[24]等制得了吸附了狂犬疫苗的壳聚糖微球冻干粉，经测试表明，此微球可以增强机体细胞免疫。Kavianinia[25]等制备了苯四甲酸酐-壳聚糖微球，以牛血清白蛋白为药物模型，在模拟结肠液中研究得出此微球具有结肠定位并对蛋白类药物有缓释的作用，可用作蛋白类药物口服给药的载体。杨帆[26]等制得了CS-NaCS(纤维素磷酸钠)-TPP（三聚磷酸钠）新型载药微球，以牛血清白蛋白及乳铁蛋白作为药物模型，研究得到此复合载药体系在结肠靶向的药物释放载体方面具有一定应用潜力。

2.4 靶向药物治疗的载体

Wang[27]等制备出了载有淫羊藿苷的海藻酸-壳聚糖微球，有助于靶向给药保护结肠，可应用于溃疡性结肠炎的治疗。吴婉莹[28]等研究了负载了金雀异黄素的壳聚糖微球胶囊，经体内药动学研究表明普通的金雀异黄素胶囊在体内以肝脏分布为主，而制得的微球胶囊以肺脏脾脏分布为主，因此本微球胶囊对肺脾有很高的选择性。

3结语

近年来，将具有生物质特性的天然高分子材料制备成微球来负载各种药物，达到药物缓释、靶向传递等目的，在医药学、生物工程等领域取得大量进展，备受关注。对于如何提高壳聚糖的溶解性，简化微球的制备工艺并规模化生产以及如何有效地控制药物释放、探索简便的给药方式和质量标准的建立等都是需要今后深入研究和克服的问题。