生物医用高分子材料在微生物药物制剂中的应用

2021-11-28王伯川

魅力中国 2021年51期

王伯川

（河南医药健康技师学院，河南开封 475000）

引言

在整个生物材料中，生物医用高分子材料是最关键的组成部分，因为它的发展时间比较早，而且涉及的生物材料种类也非常复杂，这使得它在目前的生物医学应用领域得到了广泛的应用，主要包括塑料材料、纤维材料、粘接材料和橡胶材料。在生物医药技术飞速发展的背景下，生物医药高分子材料开始在微生物药物制剂中受到重视，可以进一步增强药物吸收过程中的生物稳定性，从而逐步提高生物在药物中的使用程度。

一、生物医学高分子材料的特点

生物学医药大分子复合材料是一种通过的大分子纳米材料，主要应用来制备药品剂型和医疗服务器具。生物学医药大分子建筑材料按来源的不同，可分为自然高分子物质和人工方法制备生物学大分子。前者主要是指一些自然的大分子材料，如纤维素、甲壳素、半透明质酸、胶原蛋白、明胶和海草酸钠。而后者则主要由普通聚氨酯、有机硅橡胶、聚酯纤维、聚乙烯吡咯烷酮、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙炔等制备。而根据相关材质的特性，生物学医药大分子复合材料也可分为非降解材料和降解材质。前者主要包括、聚丙烯、聚烯烃、芳香族聚酯、聚硅氧烷等;后者主要还有了聚乙烯亚胺-聚氨基酸共聚物、聚乙烯亚胺-聚乙二醇-聚(β-胺酯)共聚物、聚乙烯亚胺-聚碳酸酯共聚物等。

生物或医用高分子作为植入体内的主要材料，由于需要适应人体内复杂环境的需要，对材质特性也有着严苛的要求。首先，材料自身不会有毒害，也不会发展导致畸形；其次，材料生态兼容性比较好，不会与人类身体产生生物排异反应；第三，材料化学结构稳定，不容易进行生物分解；第四，材料具备并具有一定的物理系统特性；第五，材料比较简单且容易导致机械加工；最后，材料性价比比较适宜。最关键的特性之一是生物相容性。

按照国际物流规范管理组织（International Standards Organization，ISO）的解释，生物化学相容性问题是指在非活性研究材料可以进入后，生物体内进行组织过程对其产生不良反应的情形。在生物工程材料被植入体内后，生物材料与特殊的生物组织或发展环境对进行生物共同学习产生了巨大影响和效果，而这些生物效果将会长期维持，直至达到平衡的植入物材料被完全消除。而生物学相容性又分为组织相容性、细胞相容性和血液相容性。

二、生物医用高分子材料的基本性能

生物医用高分子材料，通常应用在临床诊断、临床治疗、护理过程以及微生物药物制剂等工作中。这些金属材料能够和人类进行直接接触，这就使得其内在的生物学特征方面存在着非常严苛的条件，不但必须符合生物学相容性，还要符合物理加工的机械性能[1]。同时，生物医用高分子材料所制备的药品一旦进入的病人体内，它就可能与人体的体液和血流形成直接影响，所以，生物医用高分子材料一定要符合下面的几个特征，才可以保证材料自身的稳定性以及安全性：

（一）良好的化学惰性

生物医用的高分子材料，它在工艺阶段中很容易成形，此外，这种高分子材料在于人体产生直接接触时，无论是体液、皮肤或是血液，不能出现任何一种不良的化学反应，防止在检验、护理以及治疗过程中产生较为激烈的炎性反应，在保证生物医用高分子材料化学惰性的同时，稳步提升治疗质量以及治疗效率。

（二）稳定的力学性能

生物及医用的高分子材料在实际应用过程中，必须要保证其具有与实际情况匹配的强度，从而更好地完成微生物药物制剂以及治疗护理等关键任务，使得制作完毕的微生物药物具有良好的化学性质，并且稳定性以及耐磨性相对较强。举个例子，如果患者在治疗中需要服用生物医用高分子材料制成的微生物药物，就应当在满足力学性能需求的同时，保持微生物药物的稳定性，有效达到预期中的治疗效果。

（三）优异的生物相融性

生物医学领域从本质上属于一个相对特殊的应用领域，所以生物或医用高分子材料在这一领域中的应用条件也较为严苛。而其自身的生物相容性不仅体现在人体血液相容性以及人体组织相容性这两个重点方面，还应当满足降解产物的可吸收性这一特点，保证后期的微生物药物制剂过程中不会产生排异反应。

三、生物医用高分子材料在微生物药物制剂中的应用措施

（一）缓控释给药体系

在现代治疗学中，对用药提出了越来越严格的要求，药物应当尽可能采用最直接的方式来到达靶向部位，而这一目标则可以通过靶向给药系统来加以实现。在靶向给药系统当中，可以将各种具有活性的物质，有选择的传送至所需的器官或是组织当中，甚至还可以直接进入到普通药物无法进入的靶向区域，在最大程度上防止了普通制剂给药后，产生毒性增加以及具体疗效降低等不良问题。同时，靶向给药系统还可以更加稳定的控制好给药的方式以及给药速度，有效降低了总体用药量，这也使其在世界范围内受到了极其广泛的关注[2]。

聚乳酸在本质上属于一类存在着很强生物化学降解活性和相融特性的生物医用大分子材料。由于聚乳酸的生物降解作用产物可以加入到人体内的正常代谢流程中，同时也可以在相对较大的空间区域内和其他建筑单体共聚，进而获得了良好的生物调节作用，正因为其这种特性，导致聚乳酸在生物医药应用领域中受到了非常普遍的重视。同时，通过将聚乳酸复合微球用作缓控释性给药系统，还可以更好的延长药物自身的初释放时期，在稳步减小对其可能产生毒副作用的同时，也限制了好药物微粒的体积尺寸，但是，聚乳酸复合微球并不仅是完美无缺的，它在实际应用过程中还面临着如下三种主要弊端，对其充分发挥出的自身功能形成了制约：一是由聚乳酸生产出来的聚合物微球，它在药物封包率和载药量等方面都相对较低;二是在药物的初期释放阶段中，会形成药物突释等的不良问题;三是由于聚乳酸内部还存在着大量的酯键，作为疏水性物料，大大降低了其本身的生态兼容性。而在目前的生物医疗领域中，防止突释的主要方式就在于采用物理方法来去掉聚乳酸微球表面存在的药物，例如洗涤法、萃取法等，或是直接改变微球内部的骨架性质，使得聚乳酸能够得到更好的应用。

壳聚糖及其衍生物用作药物载体的主要应用之一。壳聚糖还可以构成一个强碱性多糖的进行物质，在该分子链上，两种形式的活泼氨基、羟基，在化学研究反应的主要作用下，在该化合物中加入强亲水性能基团，可以生成壳聚糖衍生物。而壳聚糖中的强碱式化合物，包括乙酸、盐酸等酸性溶剂，可以通过热膨胀化学反应形成水溶胶化合物，可以有效控制药物溢出，从而发挥了药物载体的功能。

利用壳聚糖的这些特点，大量生产了缓控材料。缓控型材料的应用研发过程，大致包括以下三个方面。首先，壳聚糖及其衍生物必须是靶向药物载体。当壳聚糖及其衍生物成为靶向药物的载体时，它们是有取向的。大量的临床实践都表明，壳聚糖有靶向效应，值得我们更深入分析探究。其次，壳聚糖及其衍生物也是生物药物的保护层。目前，由于社会经济的迅速发展以及生物科学技术的提高，壳聚糖及衍生物已被看作是临床使用的重要保护材料，能够更有效地阻止分解。壳聚糖及衍生物在作为某种药品的主要载体应用时，经胃镜技术等各种重要途径，可运送细胞以及药物至适当的地方。而壳聚糖及衍生物则在充分发挥药品载体功能时，在调节胰岛素作用、绵羊血清蛋白等生物大分子中，起着关键的功能。上述分子可直接到达载体处，增大体积后运输速度更快。三是壳聚糖及其衍生物,可用作基因的传递载体[3]。该物质文化属非病毒运输管理系统，具备了重要来源的广泛、快捷、安全等优势，与其他病毒无法通过匹配，并拥有了一个良好的稳定性。当壳聚糖及其衍生物起到基因传输载体的功能时，壳聚糖也能够更高效地与粒子融合，在粒子降解过程中起到了良好的保障作用

（二）聚合物胶束靶向

癌细胞作为一个相当巨大的细胞病变，其在整体组织的生长与发育过程十分迅速，以及在毛细血管方面的生长发育速率极快，导致了新生的毛细血管中严重缺少外膜细胞，导致基底膜的彻底变形。而高纳米级别的嵌段共聚物胶束，则可以直接透过瘤内毛细血管之间所产生的小空隙，而顺利地进入到肿瘤组织之中，同时也因为肿瘤组织的淋巴细胞体系并不健全，粒子一般都会先在肿瘤部位进行聚合，而这也正是真实体肿瘤的增强与渗入停滞效应。一般情况下，载药微粒在癌细胞中的具体分配，主要受微粒的实际粒度以及血液循环时间的影响。所以，通过选择较长循环模式的纳米颗粒，就可以最好的利用较好地增强了渗透滞留效应。而聚合物菌胶团则作为生物医用大分子材料中重要的一类，在抗肿瘤用药中存在着非常巨大的前景，具体有着如下几个好处：一是亲水壳的纳米结构，由于强化了渗透滞留效应的影响，使得其能够良好地在癌细胞内部组织中堆积，进而达到了被动靶向;二是亲水壳还为胶束中的连接靶向配基提供了良好的活性基团结构，为后续智能靶向的实现提供了坚实基础;三是高分子胶束的疏水性内核，可以很好地包封一些难溶性药剂，并且具有优异的载药性，对药物产生了控释作用[4]。

1.聚合物胶束被动靶向。一般情况下，被动靶向主要是指利用增强的深入细胞停滞效果，使载体可以直接在癌细胞的内部组织中富集，并且在目前的靶向制剂工作中，得到了越来越多的应用。2.壳聚糖胶束靶向。在通过透析法来生产出细胞代谢的阴离子壳聚糖菌胶团之后，可以发现其总体粒度一般在一百六十四纳米之间，而在载药量方面则在百分之二十六以下，总体包封率为百分之七十六，而相比于紫杉醇市售注射液，在这种细胞代谢阴离子壳聚糖菌胶团中，其重点分布于脾脏、肺以及肝脏部位，并且AUC 值根据部位的差异，依次增加了91.2 倍、2.53 倍以及5.65倍，在靶向效率方面也大大地超过了紫杉醇市售注射液，并且稳步增加了在脾脏、肺、肝脏等方面的靶向活性，不但对这些组织的癌症诊断产生了良性的促进效果，还降低了细胞代谢物的肾毒性和心肌毒性。