（应用化学专业论文）烷基壳聚糖纳米微球的制备及其药物负载性能研究.pdf

摘要 壳聚糖作为优良的天然聚阳离子材料，拥有良好的可生物降解、生物相容等性能， 已被用于药物控释、靶向、智能给药等多种药物载体的研究，而将壳聚糖烷基化后得 到的烷基壳聚糖在水中以烷基为核自动形成纳米范围的聚集体( s e l f - a g g r e g a t e s ) ，并可 作为非水溶性药物的水性载体。 在碱性条件下，将壳聚糖与多种卤代烷发生烷基取代的接枝反应，得到烷基化的 壳聚糖，并使用元素分析的方法确定了烷基反应的取代度。经红外光谱研究表明，烷 基化反应主要发生在壳聚糖分子中的氨基上。对烷基化壳聚糖进行x 射线光电子能谱 分析表明，随着卤代烷试剂反应活性的增高，发生在壳聚糖羟基上的烷基取代反应增 多。 运用透射电镜与动态光散射分析研究了烷基壳聚糖纳米微球的形态以及粒径分布 情况。研究表明，烷基壳聚糖纳米粒子的平均粒径在2 0 2 0 0 n m 之间，并具有明显的 核壳结构，其壳层的厚度大约在2 4 n m 。在负载药物以后，微球的粒径变大，并且丁 基壳聚糖b t c s 一1 的成球性能不好，有成膜的趋势。动态光散射研究表明，烷基壳聚 糖在水会形成两种粒径相差很大的粒子，大粒子可能是由高烷基取代度的低分子量壳 聚糖聚集的，而小粒子则可能是由低烷基取代度的高分子量壳聚糖所组成，l n m 左右 粒径的小粒子是由单个壳聚糖分子带着周围的水化层做布朗运动的结果。由于壳聚糖 单元环的刚性以及空间阻力，则造成了十六烷基壳聚糖所形成粒子的粒径随着烷基取 代度的增加而增大。 以紫杉醇和扑热息痛为模型药物考查了烷基壳聚糖纳米粒子的药物负载性能以及 体外释放性能，结果表明这种壳聚糖纳米粒子对非水溶性的紫杉醇有良好的负载作用。 随着烷基取代度的增加，有利于其对扑热息痛和紫杉醇的负载能力提高。体外释放研 究表明，与水亲合力较高的扑热息痛从烷基壳聚糖纳米微球中释放的速度较快，有明 显突释的现象，而不溶于水的紫杉醇的释放则表现出了明显的缓释效果。从总体来看， 这种壳聚糖纳米微球对紫杉醇的负载能力超过对扑热息痛的负载能力。 采用多种常用药学体外释放模型对烷基壳聚糖纳米微球负载扑热息痛以及紫杉醇 的体外释放进行了拟台，发现w e i b u l l 模型能够较好的拟合多种体系下的释放情况，一一一 级动力学模型也能较好的拟合扑热息痛的体外释放情况。而假定药物的溶解速度为药 物释放的控制步骤所建立的溶解模型，能够良好的预测扑热息痛的体外释放情况。 关键词： 壳聚糖，烷基壳聚糖，取代反应，纳米微球，药物控制释放， 紫杉醇，扑热息痛，释放模型 a b s t r a c t c h i t o s a n ( c s ) i san a t u r a lc a t i o n i cp o l y s a c c h a r i d e a s ab i o c o m p a t i b l ea n ds l o w l y d e g r a d a b l ep o l y m e r ，c h i t o s a n h a sb e e n w i d e l y u s e di n d r u gd e l i v e r ys y s t e m s ( d d s ) e s p e c i a l l yi nd r u g c o n t r o l l e dr e l e a s e ，t a r g e t i n g ，a n di n t e l l e c t u a l i z e dd e l i v e r ys y s t e m a f t e r m o d i f i e dc h e m i c a l l yb ya l k y l ，t h i sk i n do fa l k y l c h i t o s a n c o n s i s t i n go fh y d r o p h i l i ca n d h y d r o p h o b i cs e g m e n t sc a nf o r mn a n o p a r t i c l e sw i t hc o r e s h e l l s t r u c t u r ei na q u e o u sm e d i a t h e s en a n o p a r t i c l e sh a v eb e e np r o p o s e dt ou s ea s d r u gd e l i v e r y v e h i c l e sf o r p o o r l y w a t e r - s o l u b l ed r u g s i n f r a r e d ( i r ) s p e c t r ao fa l k y l c h i t o s a nr e v e a l e dt h a tt h e r ew a sas u b s t i t u t i o nr e a c t i o n m a i n l yo i lt h ea m i n eg r o u p so fc s x r a yp h o t o e l e c t r o ns p e c t r o s c o p y ( x p s ) i n d i c a t e dt h a t t h eh i g h e rr e a c t i o na c t i v i t yo f a l k y lh a l i d e t h em o r ea l k y ls u b s t i t u t i o nd e g r e eo nh y d r o x y l g r o u po f c h i t o s a n t h es i z e so f a l k y l c h i t o s a na g g r e g a t e sw e r em e a s u r e db yd y n a m i cl i g h t s c a t t e r i n g ( d l s ) t h em o r p h o l o g yo fa l k y l c h i t o s a nn a n o p a r t i c l e s ( a c n p s ) w a si n v e s t i g a t e d b yt r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p e ( t e m ) t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h ea c n p sa p p e a r e d s p h e r e sw i t ha c o r e s h e l ls t r u c t u r ea n das c a l eo f2 0t o2 0 0 n mi ns i z e a f t e rc a r r y i n gd r u g s ， t h e r ea r eo b v i o u sc h a n g e si nt h ec o r e s o f p a r t i c l e sw i t hl a r g e rd i a m e t e r s b yu s i n gp a r a c e t a m o l ( p c t m ) a n dp a c l i t a x e l ( t a x o l ) a sm o d e ld r u g s ，t h ev i t r or e l e a s e r a t e so f d r u g sf r o ma c n p s i np h o s p h a t eb u f f e rs o l u t i o n ( p b s ，p h = 7 4 ) c a nb e d e l a y e dw i t h t h ei n c r e a s eo f d e g r e eo fs u b s t i t u t i o na l k y la n dt h ei n c r e a s eo fc a r b o nc h a i nl e n g t ho f a i k y l s u b s t i t u t i n gg r o u p t h er e l e a s eo fp c t m f r o m a c n p s ，h o w e v e r , i sm u c hf a s tt h a np a c l i t a x e l i np b sw i t hab u r s te f f e c t s e v e r a lm a t h e m a t i c a lm o d e l so f d r u gr e l e a s ew e r eu s e dt of i tt h ev i t r or e l e a s eo fp c t m a n dt a x o lf r o ma c n p s t h ew e i b u l lm o d e lc o u l df i tb e t t e rb o t hp c t m a n dt a x o lr e l e a s e p r o f i l e ，a n dt h ef i r s to r d e rm o d e lc o u l df i tp c t mr e l e a s ep r o f i l eb e t t e r t h ed i s s o l u t i o n m o d e lc o u l df i tr e l e a s ep r o f i l e so fp c t m b e s tt h a nw e i b n l lm o d e la n df i r s to r d e rm o d e l w h i c hw a sf o r m u l a t e db yt oa s s u m et h a tt h ed i s s o l u t i o no fp c t m c r y s t a l sw a sc o n s i d e r e d t h er a t e 。c o n t r o l l i n gm e c h a n i s m o f d r u gr e l e a s e k e y w o r d s ：c h i t o s a n ，a l k y l c h i t o s a n ，s u b s t i t u t i o nr e a c t i o n ，n a n o p a r t i c l e s ，d m gc o n t r o l l e d r e l e a s e ，p a c l i t a x e l p a r a c e t a m o l ，d r u gr e l e a s em o d e l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨盗蠢堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：代配签字日期：z 年7 2 月f z1 9 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘盗盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨生盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：代e 囝 签字日期：2 ，。观年忆月f 7 1 日 刷磁辄剪乙 签字日期：乏口d 碑，二月“1 天滓大学薄士学位论文 前言 纳米科学和技术0 k a n os c a l es c i e n c e sa n dt e c h n o l o g y ) 是关予物质特拣鞠 亍为 在纳寒足砖藏闺交纯褒律豹秘掌葶鬟蔹零。这个范嚣疆畿磐吴毒翁寒翁鞠瓣黪霞 的性质变化，也包括纳米结构中拦现或形成新的物理和化学作用机制。纳米尺 寸世界的这媳新的物理和化学特性，为我们提供了创造具有不寻常性质和功能 的物质和器件的机遇。就目前的发展方向而言，纳米科学与技术自然将对生命 科学、医疗技术、信息技术及其它离技术领域的发展起到极大地推重 乍爝，困 两遣藏或菇瀵饩缀多交叉学辩熬薅澄。当然纳岽鹣淹溺不纹撂空阗足溲，更重 要的是建立一萃孛崭新的思维方式，帮人类将采用越来越小，越精确盼物膳和越 精细的技术嫩产成品以满足更高腠的要求。 所有物质郜是由分子、原予所组成，分子、原予的排列方式是区分物质贵 贱的关键。如碳原子可以组成煤、金剐石和碳纳米管，只是排列方式不阉而已。 组残生会敬氨罄酸、d n a 、基瓣翔分子耩裂畜润题，羧会产生疾病，豢至疆瑗 癌缨骢，掰黻簧放医学上根本治疗，就必须到达分予承乎，l 缩米裙当予4 5 个原子排列麒来的长度，许多化举和生物反应的过程均发生在纳米尺度的层面 上，纳米技术就是通过操纵原予、分子或原子团、分子团，使其重新排列组合， 产生新的物蔟，或制造出具有新功能的机器。 纳米粒熬尺寸毙生兹髂雨黪缨藏、蕴绥骢小褥多，嚣j 避哥裂弼纳米粒遴行 缀藏分离，缁戆染色及翻雳翁寒耱割威特殊药兹或灏黧抗薄进行靶离治疗等， 有关这方面的研究己成为国内外暇药工作者研究的热点，并显现出极大的应用 价值。在药举上，目前已经建立新的药物控释系统，药物纳米微粒控制系统。 纳米微粒( n a n o p a r t i e l e ，n p ) ，也称为毫微粒，即纳米球与纳米囊的统称。纳米粒 的粒径一般小于lpm 纳米级聚合貔粒子搏为药物传递和控释静载传，楚秘 瑟懿萎甥控释 搴系。它与镦寒鬏稼载俸静主要嚣羁憝趱微，l 、俘获，麓雾透缝绫 间隙并被细胞吸收，可通过人体最小卣勺毛细血管，因瓶作为新的药物载运系统 被广泛研究，已经成为药物新制剂研究中非常活跃的领域，是国内外医翁学的 重要研究方向。药物可包埋或溶解在纳米粒的内部，也可吸附或偶合在熟寝面。 纵商番一下药物割剂的发展，从第一彳弋购常规制测到第蹬代的靶癌璇镄制 骞l ，兹鼗擎戆发溪一直是药裁学发袋豹主要接动力，瓣秘经遂对给药系缓( d r u g d e l i v e r ys y s t e m ，d 1 3 s ) 多年的研究，其微囊、微球、腊质体、透皮给药、黏 膜给药、呼吸给药等新剂型已经日趋成熟，药物制剂向高效、速效、长效以及 给药方便、低剂量、低毒性等方向发展。 目前我国已提出“中药现代化”的口号。其目的就是要改写中药那千年不 变的“一大碗苦水”的形式。 目前我国中成药存在的主要问题是技术落后、剂型落后、缺乏科学规范的 质量标准和质控手段。要实现中药现代化可以从以下几个方面入手： 第一，利用现代分离技术对中药有效成分进行提取、分离及结构鉴定及研 究，并进行深入的药理作用及机理研究。并在此基础上，根据其有效成分的溶 解性及稳定性特点，选择最佳的提取分离技术和科学合理的生产工艺，从而最 大限度的发挥药效，保障药品质量。 第二，根据有效成分的溶解性及结构特点，选择最有利于药效发挥及病人 使用的剂型，尤其是现代药物制剂技术都必须在明确药物的结构及理化性质的 基础上，方可设计出合理的药物制剂。 第三，加强中药药用辅料的研究。现代药物剂型，比如说控释、缓释、靶 向等药物剂型的研究都需要在医用辅料进行深入彻底研究的基础上来进行。目 前医用辅料大多数是高分子材料，其中可生物降解的高分子材料是研究的热点。 所以充分利用现代药物的辅料与制剂的研究成果，并把它们移植到中药现代制 剂的研究当中，其价值是十分巨大的。 作为最新的药剂学热点之一，纳米微粒在其定位给药上一直吸引着众多研 究者的目光，尤其是作为抗癌药物的载体，成为研究最多的领域之一。而壳聚 糖是近年来突起的一种天然生物高分子，因其具有优良的可生物降解性、生物 粘附性、阳离子性等性能目前已经广泛应用于直接压片、载药微囊、微球、纳 米微粒等多种药物剂型的研究中。但是目前关于壳聚糖纳米微粒的研究还只是 限于与p e g 的复凝聚以及改性用于蛋白类药物的载体，或者和d n a 发生复凝 聚来作为d n a 的载体材料。而这种优良的天然高分子材料作为水体系纳米载体 用于难溶性药物的负载，尤其是难溶性抗癌药物负载，目前还基本上没有报道， 因此本文使用对壳聚糖进行烷基化改性的方法，赋予壳聚糖一定的疏水性，以 促使它能在水体系自凝聚形成核壳结构的纳米微粒，并能将难溶性药物诱捕进 它的疏水性内核中，并对目前美国销售量最大的抗癌药物一紫杉醇进行了负载 以及体外释放研究。 天津大学薅学垃埝交 第一章文献综述 壳聚糖( c h i t o s a n ，c s ) 又名甲壳胺、脱乙酰几丁质等，化学名为聚( 1 ，4 ) 一2 一 氨基吨一腔氧一- o 一餐聚耱，英分子链串通常含鸯2 一乙酝氨基葡薅糖稻2 氨基 葡萄糖两种结构单元，黼者的比例随脱乙酰化穰度而异，是一种单元环中含有 鬣基豹碱滢多耱，经甲亮素( c h i t i n ，c t ) 麓乙躐琵反应蜃羲褥。擎裹綮仡学 名为b ( 1 ，4 ) 一2 乙酰氮基_ 2 - 脱铽一d - 葡镯糖，也称为( n 一忍酰基一d 一葡糖胺) 又名 擎亮矮、尼丁震、壳多糠、盔袋蕨、蟹舞素、聚乙蘸萎e 鏊蘩萄耱等，是耱维 护和保护甲壳动物和微生物躯体的线性氮基多糖，广泛存在于节足动物类( 蜘 蟓类、攀宠类) 懿邃耪强努麦中，遣存在于奏蘩秘藻类瓣缨夔壁中h j 。翠壳豢 与壳聚糖的单元环结构都和纤维索很类似，如图1 - 1 所示。壳聚糖分子链通常 含蠢2 一n 乙酝慕麓莓糖鞠2 _ 驳鏊蘩甍瓣嚣耱绩褥单元，诱考麴浇壤醚黢己酰 基反应进行的程度不同而不同p j 。 甲壳素壳聚糖纤维索 匿1 1 荦壳紊，壳聚糖，纾维索的结构式 f i g 1 1c h e m i c a ls t r u c t u r eo f c h i t i p c h i t o s a na n dc e l l u l o s e 甲壳豢的天然储量非常丰富，每年生物合成近十亿吨之多，戆仅次予纤维 黎盼筹二大天然满分子孛考褥。奁鬣、童下、麓盎下等承产品翔工后的甲壳废弃物中 甲壳素的含量达到1 0 3 0 。在自然界中，甲壳綮一般与蛋白质戚碳酸钙战二 赣露霄紧密臻合在一趣形藏络台俸。壶予o l 0 一型及e 瓣n 一羹氯键 的作用，使甲壳綮大分予间存在裔序结构。因其晶态结构不同，甲壳素有n 、 、y 三耱多磊髂t 擎壳豢发疆予1 8 年，1 8 8 7 年箱纯学方法霸x 射线溺定箕 第一章文献综述 结构。在甲壳素分子中，因其内外氢键的相互作用，形成了有序的分子结构， 使其溶解性能很差，般不溶于水、碱和常规有机溶剂，只溶于盐酸等无机酸 及甲酸、乙酸等有机酸。而壳聚糖由于其分子中拥有大量游离氨基，其溶解性 能较甲壳素有较大的改观，而且能与盐酸、醋酸等稀酸中溶解，并能形成水凝胶。 甲壳素与壳聚糖拥有良好的可生物降解性，生物相容性，无毒性以及良好的生 物兼容性等，与其它合成医用高分子材料相比有许多不可比拟的优势，这些正 是医用高分子材料所期望的优良性能。 1 1 壳聚糖在药学领域的研究与应用进展 壳聚糖近年来在药学领域的应用越来越引人注t l ，它可以作为药物的辅料 用于药物制剂，例如1 3 前关于壳聚糖作为控释、缓释、靶向等药物制剂包囊的 研究：而且它还拥有氨基等活性基团，这些活性基团可以和多种药物进行化学 键合，生成高分子药物，降低药物对人体的刺激性，目前这方面的研究以抗癌 药物居多：另外，壳聚糖自身亦可以作为药物及保健品使用，日本政府曾投资 6 0 亿日元委托数十家高校及科研机构历时l o 余年进行甲壳素壳聚糖产品的开 发研究，取得了大量的科研成果，并已将部分成果实现了产业化，仅以壳聚糖 为主要原料的保健食品就有2 0 个左右的品种上市。i 9 9 4 年，功能性保健食品 “救多善”的销售额达到了1 0 0 0 亿日元以上，足见其市场潜力之大。另外，由 于壳聚糖的降解产物壳寡糖具有一定的抗癌作用，因此目前关于壳聚糖的降解 用于抗癌药物的研究也比较多。由于壳聚糖所具备的特殊结构和溶解性，它在 药物的控制与释放、改善药物的溶解性和吸收性等方面可发挥有效的作用。经 研究表明，药物经壳聚糖粉末直接压片后的释放速度一般为零级动力学控制引。 随着科学技术的不断发展，人们对药物的治疗作用的要求也日趋提高。目 前一般把制剂分为四个阶段，第一代制剂是一般制剂或常规制剂如丸剂、片剂、 胶囊等；第二代制剂为一般长效制剂或肠溶制剂；第三代制剂为精密的控释制 剂，药物输送系统、透皮吸收治疗系统；第四代制剂为靶向药物制剂“。 目前壳聚糖微球以及微囊可用于长效缓释系统，而其水凝胶因为具备p h 敏感的性质而经常用于药物控释系统。在药物的控释以及缓释系统中，作为载 体的生物降解型高分子与药物的结合方式主要有蓄积式、均混式和高分子药物 天津大学博士学位论文 三种形式【5 j 。 蓄积式是将药物用物理方法包括在高分子膜内，药物通过扩散作用以及高 分子的降解作用释放。用于该控释系统的高分子一般为疏水性线型生物降解型 高分子，包埋药物后可制成埋植剂或微球制剂。 均混式是将药物均匀地混在高分子基质中，药物通过扩散作用并协同高分 子的降解作用释放，可选用疏水性生物降解型高分子或水凝胶作为基质。特别 是水凝胶由于具有良好的生物兼容性和释药行为的可控性，而成为药控研究的 一个热点。 高分子药物是指药物与高分子以化学键相连，化学键断裂药物释放。这种 给药方式在靶向释药方面有极大的优势，尤其是对减轻化疗药物的副作用上具 有重要的意义。 载药用高分子材料在相当程度上决定了药物新剂型和新制剂的质量，国内 药用高分子材料的品种和质量远不能适应制剂开发研究和生产的需要。国内已 在开发的新辅料有丙烯酸树脂系列、羟丙基甲基纤维素、醋酸纤维素、预胶化 淀粉等用于片剂或颗粒剂，聚乙烯醇( p v a ) 主要用于膜剂，b 一环糊精主要用 于包合物，聚乙二醇( p e g ) 用于各种外用、内服( 如片剂包衣材料中) 以及注 射剂( 用作溶剂) 中，甲基纤维素用于片剂包衣( 与醋酸纤维素合用) ，海藻酸 钠【6 j 、壳聚糖【7 j 等天然多糖用于控释缓释制剂。其中壳聚糖已列入国家八五攻关 辅料研究计划。赵瑞芝等【8 】以壳聚糖为阻滞剂，制备了盐酸伪麻黄碱、盐酸心 得安、卡马西平等不同性质的11 种药物的缓释型骨架片剂，比较其溶出效果发 现壳聚糖的缓释作用随药物碱性增强，分子量增大，溶解度降低而增强。在药 物分子量及溶解度相近时，碱性药物比酸性药物缓释效果更好。 目前壳聚糖已经用于以下几种药物控释系统： 1 1 1 埋植剂( i m p l a n t ) ” 埋植剂可以分为细棒型埋植剂、微型渗透泵埋植剂以及可注射埋植剂。可 生物降解聚合物作为埋植剂或注射型缓释制剂骨架是近2 0 年来国内外学者大 力研究的方向，这类聚合物包括两大类：天然聚合物，如明胶、葡萄糖、白 蛋白、壳聚糖等。合成聚合物，如聚乳酸、聚丙交酯、聚乳酸一羟乙酸、聚 丙交酯乙交酯、聚己内酯、聚羟丁酸等。 篓：兰茎鳖蔓至 一 张普庆等用1 h 标记的尘螨便应原( d f a ) 固定于壳聚糖，制成含鬣内高 外低的植入剂，作为脱敏治疗的皮下植入缓释剂。植入家兔皮下后，埋檬剂1 4 周释药达到蜂值、并在皮下不崩解。 近年来会戏浆合魏竣受人粕蘩筏，p l g a 于7 0 年 起嚣爱馋癸秘缝线及髂 内埋植材料，如人工关节、护板、螺栓等。聚合铭在体内可逐渐降解为涎羧、 羟乙酸，后者经三羟酸循环转化为水和二氧化碳。它熟有良好的生物兼容性、 无免疫反应、安全性较高以及可以通过改变两单体比例及聚合条件调节聚合物 在体内的降解速度。与天然聚合物帽比，合成聚合物的理化性质稳定，控制工 艺条俘可以簿到所震怒疆，擞润矮懿差舅小，这些都燕天然聚合黪缀难达刘熬。 但合成聚合黪可降解堙植裁也有爨身的缺陷，如酸健降解产物( 乳酸、羟乙酸) 在埋植剂内部逐渐蓄积会影响一贱药物( 如多肽、鬣白质类药物) 的稳定性， 所以近年来的研究重点转向注射徽球。 1 1 2 微胶囊以及人工缨腿 微胶囊( m i c r o c a p s u l e s ) 系掩利用天然的或合成的离分子材辩将圆体域液 体药物包嵌币i 成的粒径为l 2 5 0 “m 的微型胶囊，简称微囊。视制备方法不同， 某些微囊的：| 豇径也可在5 0 0 um 以上。将微囊再制备成敞剂、颗粒剂、胶瀵剂、 片剂、注射齐h 等各种剂型，具有撼缓药物释放，提高药物稳定性，掩盖不瞧臭 臻，降羝嚣隧遂袭l 激等裂 睾爱，毅少复方药物驹0 惫袋憨，馥遴菜些药携麓秘 理特往西e 可压後、流动性) ，可将液态药物毹戒固体剃麓以及起靶向俸弼等特 点 ”。 人工细胞是半透膜包蔽着生物活性物质的微囊，研究人工细胞的目的怒拟 取代机体病变器官的部分功能。1 9 8 0 年加拿大孙锦方翁创海藻酸钠一赖氨酸 海藻酸镑天王缨髓技术”到。徽囊静黪小分子( 魏氧、赣鹜糖分子等) 可是国邋 过半透簇送入纛内与包菠着兹生翡潘经物质( 如酶、斑缬稳等) 超纯学反应， 反应产物可以扩散出去。而囊外的大分子物质，如抗体簿则无法进入囊内，从 而避免机体的免疫反应。从人工细胞囊材料来看，有合成聚合物、天然聚合物、 蛋白质、类脂质，甚至生物细胞膜等；从包蔽的物质来看，主要有以下几个必： | 纽红蛋白；设瓣裁( 活性炭、秘鹭帮受疫吸氍裁等) ；酶或缨照提取物； 缡憨或徽生貔；药耱。 天津大学博士学位论文 在咀上几种人工细胞中，含吸附剂的人工细胞已达到临床使用阶段。而在 活细胞人工细胞中，以胰岛活细胞人工细胞和肝人工细胞的研究报道较多。胰 岛素是由胰岛b 一细胞分泌的蛋白质激素，是治疗糖尿病的多肽类药物，其常 规给药途径是注射法。但是为了达到胰岛素疗效的持续性，需要多次注射给药， 这样不仅导致血液中胰岛素浓度以及血糖浓度不稳定，而且长期注射给药还产 生胰岛素浮肿、低血糖反应、皮下脂肪萎缩等副反应，使病人十分痛苦，因此 注射法不宜长期临床给药。鉴于此，国内外研究者正致力于开发研制其它便于 使用的胰岛素非注射制剂，并已取得一定的进展，出现了直肠给药系统、眼与 鼻腔给药系统、舌下及口腔粘膜给药系统、植入给药系统以及口服释药系统， 其中口服释药系统药量可变范围较宽，给药方式最简单直接易行，且安全适用， 因此其应用前景较大，发展较快。由于口服释药系统的胰岛素在通过胃肠道时， 会由于胃酸的破坏、胃肠道酶的降解作用导致其生物活性丧失以及生物利用度 降低。因此目前以壳聚糖海藻酸钠为囊材制备胰岛素微囊是较常用的方法i l 。 冯鹏等1 1 4 】等研究了不同反应条件如海藻酸钠浓度、壳聚糖浓度、壳聚糖的分子 量及壳聚糖溶液p h 值对微囊的胰岛素包封率及释放性能的影响。结果表明海藻 酸钠的浓度越高，微囊对胰岛素的包封率越高，在模拟小肠液中的释放速率就 越低；壳聚糖的浓度越大，微囊微囊对胰岛素的包封率以及在模拟小肠液中的 释放率越高，在模拟肠液中达到释放最大值所需的时间越长：丽壳聚糖分子量 减少，微囊在胃液中释放率增高。研究结果表明，在合适的制备条件下所得到 的微囊在模拟胃液中的释放率较低。从而可以保护胰岛素在胃中较少受胃酸和 胃蛋白酶的破坏。 目前急性肝功能衰竭( a h f ) 是i 艋床棘手难题之一，死亡率很高。肝脏有良 好的再生能力，在a h f 时，如采取措施辅助肝脏的解毒及合成代谢功能，使病 人渡过危险期，有利于肝脏再生，以期提高a h f 病人的存活率。近年来，血液 灌流、血液透析、血浆置换等人工肝辅助装置研究取得很大的进展，但这些方 法只能替代肝脏的部分功能，要制造完整的人工肝脏是很困难的。采用肝细胞 移植或可较全面地发挥肝脏功能。但机体对肝细胞移植的排斥反应是当前一大 难题，李涛【i 司等采用海藻酸钠一壳聚糖一海藻酸钠微囊包埋肝细胞，这种微囊 只允许低分子量物质通过，不允许高分子量物质通过，因此有利于肝细胞微囊 植入体内后发挥功能而不被宿主免疫系统排斥。 壳聚糖是目前研究较多的人工细胞囊材料之一，用于替代价格昂贵的赖氨 第一章文献综述 酸。海藻酸钠和壳聚糖都是天然多糖类化合物，海藻酸钠是一种常用的聚阴离 子生物材料，而壳聚糖则是聚阳离子生物材料，它们都可以用作缓释的骨架材 料 1 6 , 17 ，但是它们的释药速度受递质p i 的影响较大。蒋新国等删以盐酸普罗帕 酮为模型药物，比较海藻酸钠、壳聚糖以及两者混合物骨架的缓释作用及释药 特性。结果表明，海藻酸钠与壳聚糖混合物的缓释作用最好，释药速度受p h 的影响较小，当两者比例为l ：1 或3 ：2 时，缓释片在人工胃液和人工肠液中的释 药规律相近。 o l a vg g l s e r o d 等【伸，2 0 】对海藻酸盐一壳聚糖微囊进行了较为系统的研究，并 对微囊形成的条件等进行了较为深入的探讨。由于壳聚糖具有优异的生物粘附 性，因此有人考虑用壳聚糖把海藻酸盐的凝胶包裹起来形成的壳聚糖一海藻酸 盐微囊来提高海藻酸类凝胶粒子的生物粘刚性能。0 i a vg i s e r o d 等眙”对比了 海藻酸钙凝胶微粒以及壳聚糖包覆的海藻酸钙凝胶微粒的生物粘附性能，结果 表明壳聚糖一海藻酸钙微囊在胃黏膜上的粘附性能远高于未被壳聚糖包覆的海 藻酸钙凝胶微粒。 w a n gk a n g f 2 2 j 则使用了魔芋多糖制备了海藻酸盐一魔芋多糖一壳聚糖微 囊，并负载牛血清白蛋白( b s a ) 以及胰岛素为模型药物进行了体外释放研究， 结果表明使用魔芋多糖增加了体系对药物的有效载荷，药物的体外释放速率以 及凝胶的结构受凝胶化离子浓度的影响很大。并且在酸性溶液中，海藻酸盐一 魔芋多糖一壳聚糖微囊的膨胀行为要明显高于海藻酸一壳聚糖微囊，在碱性溶 液中则正好相反。 卢风琦等【2 列研究了壳聚糖一海藻酸盐微囊对尼莫地平( n i m o d i p i n e ，n d ) 的缓释作用，结果表明壳聚糖一海藻酸盐微囊对包封药物n d 有缓释作用，壳聚 糖含量越高，缓释缓释作用越强，而且在胃液中的缓释作用明显大于在肠液中。 a n t o n i ojr i b e i r o 等 2 4 1 则制各了一种含有脂溶性药物的海藻酸一壳聚糖微 囊，首先将溶解在食用油中的脂溶性药物强制分散在含有不溶性碳酸钙微晶的 海藻酸盐中，而后用硅油将分散液乳化形成o w o 的复乳体系，然后往体系中 添加能溶于脂的酸就可以释放出钙离子使海藻酸凝胶化，再在微囊外层包裹上 层壳聚糖来增加微囊的强度以及稳定性。这种微囊在人工胃液中的释放很慢， 而在人工肠液中的释放较快，但是没有使用壳聚糖进行包覆的微囊释放是最快 的。 天津大学博士学位论文 1 1 3 微球( m i r c o s p h e r e ) 微球是指药物分散或被吸附在高分子、聚合物基质中而形成的球形或类球 形微粒的微粒分散系统，其微粒大小不等，o 0 1 3 0 0 且m ，甚至更大。最早研 究的微球制剂之一是一种不可生物降解的聚丙烯酸酯微粒。微球是近十几年来 发展的新型给药体系，它既能保护药物免遭破坏，又与某些细胞组织有特殊亲 和性，也能被器官组织的网状内皮系统( r e s ) 所吞噬或被细胞融合，集中于靶区 逐步扩散释出药物或被溶酶体中的酶降解而释出药物，因此，微球在临床治疗 上多属于被动靶( p a s s i v et a r g e t ) 制f t j 。s p e i s e r 于1 9 7 6 年将n ，n - 一亚甲基双丙 烯酸酰胺或甲基丙烯酸甲酯溶于己烷中，用r 射线或紫外线照射时单体分子聚 合成乳状液，冻干或吸附药物( 疫苗、毒素) 后冻于，得到的8 0 2 5 0 n m 的粉 末f 2 5 2 ”。 由于壳聚糖微球具备良好的可生物降解性以及生物粘附性能，因此是目前 研究较多的天然高分子微球材料，表1 1 列出了目前已经已经报道的壳聚糖载 药微球体系。 表1 1目前己制各的壳聚糖载药微球口8 t a b 1 1s o m e d r u gl o a d e db y c h i t o s a n m i c r o s p h e r e s 药物类型名称 抗癌药 消炎药 生化药 其他类 氟尿嘧啶、顺铂、顺二氨二氯铂、米托蒽醌等 吲哚美辛、酮洛芬、地塞米松、双氯芬酸钠等 牛血清、黄体酮、胰岛素、小牛胸腺d n a 等 呋塞米、土霉素、阿昔洛韦、苯巴比妥等 由于微球化的制剂不但具有靶向的效果，而且也具有长效缓释的效果，因此 是几年来研究较多的一种药物负载体系，目前壳聚糖微球常用于抗癌药、避孕药、 以及蛋白类药物的缓释以及控释研究。 目前制备壳聚糖微球的方法很多，常见的有悬浮交联法口9 1 、乳化交联法 3 0 1 、 凝聚或沉淀法【3 l 】、界面凝固法【3 2 】、溶剂挥发法【3 3 l 、喷雾干燥法0 4 , 3 5 等多种方法。 在以上各种方法中，悬浮交联与乳化交联法是属于化学方法，二者都是将壳 9 第章文献综述 聚糖的溶解在酸性介质中，然后添加到油相分散介质中强制分散，再滴加交联剂 ( 一般为戊二醛) 使壳聚糖在分散液中发生交联，从而得到壳聚糖微球。所不同 的是，乳化交联法在分散液中添加了乳化剂，而悬浮交联法则没有，因此也可以 说乳化交联法是悬浮交联法的改进，因为悬浮交联法不但所得微球粒径较宽，而 且微球之间的粘结严重，分散相很难从微球表面除去，后处理较为困难，而乳化 交联法克服了上述缺点【3 6 】，也是目前制各壳聚糖微球中最常用的方法。 w a n gy a m i n 等口”采用乳化交联技术制备了顺铂壳聚糖微球，以微球粒径分布 百分比，微球含药量，药物包封率为指标，对影响微球制备过程的因素( 壳聚搪 浓度，水一油相体积比，搅拌速度，顺铂与壳聚搪用量比，油相类型，壳聚糖种 类及固化时问等) 进行正交实验设计，按照优化工艺条件制备了微球平均粒径为 7 4 8 9 i n ，载药量为2 0 8 ，包封率为7 7 5 9 的顺铂壳聚糖微球，并认为顺铂的体 外释放性能与其在壳聚糖基质中的溶解与扩散性能有关。 s rj a m e e l a 等p 8 】以古有乳化剂的液体石蜡和石油醚为分散介质，戊二醛为交 联剂，使用乳化交联法制备了粒径分布在4 5 3 0 0l a m 的黄体酮壳聚糖微球。于3 7 磷酸缓冲液中测定其体外释放，发现药物的释放依赖于微球的交联度，体外释 放4 0 天时交联度较高的微球只释放了3 5 的药物，而交联度较低的壳聚糖微球释 药7 0 。对兔的肌肉注射研究表明，黄体酮的体内释放并没有出现突释的现象， 并且在注射5 个月后仍能维持l 2 n g m l 的血药浓度。考虑到戊二醛的毒性， j a m e e l a 指出壳聚糖交联时应该使用戊二醛的饱和甲苯溶液，因为戊二醛在甲苯中 的溶解度只有0 0 2 m 0 1 ，这样投入体系的戊二醛的量很少，只会在壳聚糖微球的 外层形成一层控制药物释放的表面交联网。 e m i r b a k id e n k b a s 等1 3 9 】则通过乳化交联法制备了粒径为1 0 0 2 5 0 a m 的壳聚 糖磁性微球，并得至1 f e 3 0 4 与壳聚糖的比例、搅拌速度是影响微球的粒径、粒径 分布以及微球磁性的最重要的参数。这种微球在外加磁场的作用下可以直接作用 于靶向区域，提高药物浓度和药效，可用于肿瘤以及脑部主动靶向药物体系。 i d a g e n t a 等【4u j 通过透射电镜以及扫描电镜研究了不同交联度的壳聚糖微球 在粘液素溶液中的形态变化，以此推断戊二醛交联度对壳聚糖微球生物粘附性的 影响，他发现未交联的壳聚糖微球与粘液素的亲合力最好，而交联后的壳聚糖载 药微球的生物粘附性能下降。 壳聚糖的交联微球作为药物载体的特点是比较适合那些需要长效、低血药浓 垂堡查堂盟主兰堡丝苎 度的场合，并且它的生物相容性较好、体内降解非常缓慢，因此比较适合作为肌 肉注射的埋植剂一“。 而凝聚法是利用壳聚糖在酸溶液中的阳离子性，往壳聚糖溶液中添 j 1 n a 2 s 0 4 等含强阴离子基团的电解质溶液，从而迫使壳聚糖从溶液中相分离析出的方法。 a b e r t h o l d 等4 2 】在壳聚糖的醋酸溶液中加入吐温8 0 作为分散剂，将n a z s 0 4 溶液滴 入搅拌着的壳聚糖溶液中，经超声处理，得到壳聚糖微球，并对强的松龙磷酸钠 ( p r e d n i s o l o n es o d i u mp h o s p h a t e ，p s p ) 进行了负载以及体外释放研究。在此过程 中微球的形成依赖于硫酸钠的浓度，并利用控制溶液的浊度的方法来控制微球的 形成。这种微球制备方法的好处不需要使用有机溶剂和戊二醛，形成的壳聚糖微 球具有较高的包封率和明显的控释作用。 f w u l o n gm i 等阳j 则使用三聚磷酸钠( t r i p o l y p h o s p h a t e ，t p p ) 作为沉淀剂迫 使壳聚糖析出，然后对壳聚糖微球进行交联以及改性，得到了多孔的壳聚糖微球， 并用这种微球对n e w c a s t l ed i s e a s e 疫苗进行了负载以及体外释放试验，结果表明微 球的改性对多孔壳聚糖微球吸附以及释放n e w c a s t l ed i s e a s e 疫苗的能力有很大的 影响。 界面凝固法是指先将壳聚糖溶解于酸性溶液中，然后使用静电脉冲或者挤压 的方法迫使壳聚糖液滴从针管从滴入凝结液( n a o h 溶液) 中，壳聚糖液滴在瞬 间凝胶化成球的方法。这种方法成球迅速而且微球的粒径分布很窄，但是微球的 粒径较大。张所信等f 4 4 】采用这种方法制备了壳聚糖的空心微球，实验发现，壳聚 糖的分子量、溶液粘度与浓度、以及凝结液的组成均对中空球的质量有明显影响。 如果壳聚糖的分子量过大，则在常规条件下无法制球，即使在高压下成球，球体 脆性大，使用性能差。若分子量过小，壳聚糖液滴表面不能形成固化膜或形成后 易松散，也不易成球。适合的壳聚糖分子量为2 0 1 0 5 4 0 1 0 5 ，粘度在1 5 0 2 5 0 m p a s 范围内，合适的壳聚糖浓度为2 5 左右，滴入含有2 0 n a o h 、3 0 c h 3 0 h 的凝结液中可制得粒度均匀、形状规整有定弹性的中空球。经质量浓 度为0 4 的戊二醛交联，固定化红酵酶生产l 一苯丙氨酸，转化率为8 2 4 。 刘晓舟 4 5 1 使用静电发生器分别对壳聚糖一碱溶液体系以及羧甲基壳聚糖一 酸溶液体系的界面凝固法成球工艺研究，并探讨了这两种体系对地西泮和牛血清 白蛋白( b s a ) 的负载以及体外释放性能，结果表明壳聚糖和羧甲基壳聚糖溶液 的浓度，凝聚液的组成、浓度是影响成球的主要因素；微球的粒径及其分布主要 第一章文献练述 受静电发生嚣的频率、秀压帮注莉器流速豹控割。负载药物时，壳聚糖微球蓦銎羧 甲基壳聚糖微球均表现出良好的缓释效果。其中，材料溶液的浓度、投药量、交 联与蠢及交联时闷对蔹秘懿缓器效栗有影稳。 溶剂挥发法是指将壳聚糖的醋酸溶液滴加至油相中，搅拌均匀，加热至一定 温度蘑溅压蒸镶以除去溶解竟聚糖稳渗裁，褥到徽球。拯栗建负载漕溶经药物静 则首先将药物溶于有机溶剂，然后分散于壳聚糖醋酸溶液中，形成( w o 型) 乳 裁，露瀵热瑟潼褪孛形成复毳( w o w 爱) ，经鬻压或减莲蒸馏狳去溶裁得蜀载药 微球。i g e n t a 等1 46 j 使用溶剂挥发法制备了酮基布洛芬( k e t o p r o f e n ) 壳聚糖微球， 由于可以使嗣城压蒸镶熬方法亲控裁蒸淫湿度，圆诧这耱方法瓣好楚楚可以将潞 溶性的并且对温度敏感的药物负载于壳聚糖微球中，而且可以添加戊二醛交联壳 聚犍爰乏菠裁微球斡释兹速度。鳃是这秘方法款疑点就是懿备工艺鞘显复杂，莠虽 耗时较长。 唆雾于燥法裁是将菸穆分数在壳聚糖黟溶滚李 并形残毳滚，然后裂溺雾纯器 将该乳液雾化成极细的雾滴后分散在喷雾干燥器内的热空气流中，通过瞬间的濑 度嚣惑使水分遮速蒸发，健瞳轰蒙糖迅速凝固，药物懿被包镶在其中著虽影成徽 球。p i n gh e l 4 7 1 等利用喷雾干燥法制各了壳聚糖交联以及未交联微球，其微球粒 径在2 l og m ，表露光滑荠带有负电棼，熟泉降低交联粼( 残二袋或者警醛) 黪 用量，则所得微球的粒径以及裘面电荷均增加。以甲腈眯胺( c i m e t i d i n e ) 、法葜 替丁( f a m o t i d i n e ) 以及尼扎鹫t ( n i z a t i d i n e ) 为模型药物戆钵岁 释放磷究表弱， 这种壳聚糖微球的释放较快而且伴随突释效应。 以。匕各秘方法中，巍化交联法是最攀用的方法，焉喷雾于爆法是置黪最具工 业化潜能的一种壳聚糖微球制备技术，幽于它们各有特点，适用于不同的体系， 因此可以根据药物的特点以及应用的场会寒选择微球斡耧套工茏。 1 1 4 高分子药物 壳聚糖捌有羟基和氨基活性基团。其羟基可以发生酰化、羟乙基化和羟甲 蘩诧，憨蒸氨羹哥噬发生酸诧，n 一羟基讫反应等，掰戮淡壳聚耱楚稷有静景静 高分子药物载体，壳聚糖衍生物与药物分子进行共价偶遗得到的偶连物具有缓 器俸鼹，艟改蛰蕊物药钱动力学麓质，簿蘸毒副，f 睾爱，臻强药效粥1 。 壳聚糖衍生物与药物偶连研究较多悬抗癌药物，如5 氟尿嘧啶、甲氨蝶啶、 天津大学薄圭学位论文 一一 丝裂霉素、阿拉伯呋哺糖腺嘌呤等，这是因为高分子前体药物有效控制药物释 放速率，从而具有增长药效，降低毒性的优点，特别涵合于癌化疗这类妫理活 性较强的药苛匆，且还能希望甲壳繁衍生物产生抗癌的协同作用；甲壳素衍生物 戳丁二醚壳聚耱、羟孚基擎壳素、乙二醇壳聚糖矮臻矮多释”。 选择偶适裼时必须考虑到诸如主药应具有合适的反应基霞，儡连物不应损害 药物自身活性等诸多因素，而建立起偶连物的质量评价标准也是一个颇有难度 的工作，而这些应当说也是高分子药物所共同面临的问题。 1 2 纳米羧予载药体系 聚合物应用于非胃肠道给药往往受到生物可攘爱性