纳米银抗菌凝胶材料的综述报告.doc

纳米银抗菌凝胶材料的综述报告【摘要】：本文综述了纳米材料纳米银凝胶在医疗上的研究及应用。特别是在人体皮肤大量深度烧伤的情况下，这种材料的无与伦比的和不可替代的抗菌作用。关键词：纳米银 凝胶 皮肤 烧伤 毒性研究【Abstract】This paper reviewed that the nanometer material-silver Nan particles have the great effect in medical research and application. Especially, in skin burned, the material is incomparable and it plays an important role which cannot be replaced.【Key Words】Nano silver gel shin burns anti-bacterial 引言深度烧伤患者创面愈合后期往往存在难愈残余创面，不仅住院时间长增加患者痛苦。而且加重患者经济负担。理想的烧伤创面外用药应既具有抗感染作用，又能为创面愈合提供有利的局部环境，促进愈合过程，改善愈合质量。纳米银抗菌凝胶采用纳米技术，将单质银制成粒径约为25 nm的银微粒，与细菌体内去氧核糖核酸相结合，导致细菌微生物死亡，达到抗菌作用。1 纳米银抗菌凝胶治疗烧伤原理分析感染是烧伤病人的主要死亡原因，而创面是烧伤感染中主要的病原菌侵入部位。同时感染又严重影响创面愈合过程及愈后瘢痕增生情况。因此，选择合适的创面外用药对烧伤的治疗起着重要作用。目前临床上广泛应用且应用时间最久的外用药是磺胺嘧啶银，但近年发现该药对创面有一定刺激作用，可引起创面疼痛，同时可能抑制表皮细胞生长，对创面的愈合可能有延缓作用。此外使用此药还需注意磺胺类药物的过敏反应。而创面外用药纳米银抗菌凝胶对烧伤创面的临床疗效，有很好的抗菌及创面保护作用。纳米银抗菌凝胶的有效成分是纳米银，它是采用高科技的纳米技术，将单质银制成粒径约为25 nm的银微粒，吸附于载体上制备而成。银与蛋白质有很强的亲和力，很容易和微生物体内蛋白质中的巯基结合，使巯基酶失活。另外一些研究发现，纳米银使创伤面上皮再生的速度加快，从而促进创伤愈合HJ。当涂抹患处后，其有效成分纳米银即迅速渗透皮下，发挥其广谱抗微生物、促进创伤愈合等作用，可有效控制创面感染并促进创面愈合。1其中，FGF能促进肉芽组织增生。有利于胶原合成。加速创面愈合。国内外多篇报道已证实bFGF对加速创面愈合有显著作用。鉴于此特点，结合纳米银凝胶治疗烧伤后残余创面，共同发治性残余创面的治愈水平得到提高。综上所述，纳米银凝胶具有较强杀菌作用、不易耐药、安全和毒副作用小等特点。与bFGF联合使用可有效促进残余创面的愈合2。如表所示，在使用纳米银抗菌凝胶一周后，创面细菌转阴率明显提高了很多。 2 纳米银凝胶体外皮肤渗透作用研究图1 纳米银凝胶皮肤渗透曲线+1纤维素纳米银，+1纤维素纳米银+2尿素，-1磷酸盐纳米银，+1磷酸盐纳米银+2尿素由图1可以看出，随着时间延长，纤维素纳米银向皮肤的渗透成稳态上升趋势，2尿素对其有明显的促渗作用；而磷酸盐纳米银向皮肤的渗透速度较快，在6 h时，含促渗剂(2尿素)与不含促渗剂的凝胶比较，渗透浓度无明显差异3.提示纤维素微粉材料对纳米银存在着缓释作用。纳米银水凝胶是用于皮肤局部病灶治疗的药物，由于银几乎不溶于水、醇等多种溶媒，采用传统的体外渗透实验方法考察其皮肤渗透性，其释放液中Ag+含量甚微，应用检测灵敏度高的等离子发射光谱仪测定，亦难检出释放液中银离子及其变化规律。结果显示，纤维素纳米银凝胶中加入2尿素可显著提高01纤维素纳米银凝胶的渗透作用(P05时，虽然皮肤内银离子含量增加，但其有效利用率(皮肤Ag+含量占给药量的百分率)下降，造成纳米银原料过剩而提高生产本。纳米银水凝胶有较好的皮肤渗透性。磷酸盐纳米银凝胶向皮肤渗透的速度较快，释放6 h时接近最大值；纤维素纳米银凝胶渗透速度平稳，释放过程呈稳态上升趋势，提示纤维素微粉材料对纳米银存在着缓释作用，可以延长作用时间。研究表明，01纤维素纳米银凝胶中加入2尿素可以使药物进入皮肤较深部位，且透过皮肤的量甚少，其缓释作用可维持药物作用时间，利于发挥局部治疗作用。3 纳米银凝胶抗菌活性的研究从表2可能看出，纳米银凝胶组和无色纳米银凝胶组对两种菌的MIC均为0625125pgml，MBC均为12525vgml。可见，无色的纳米银凝胶与有色的纳米银凝胶抗菌作用相当，均有很好的抑菌效果，同时也说明了无色的纳米银凝胶不仅解决了一般含银抗菌剂有色的难题，并保留了原有的抗菌活性，值得推广应用。自古以来，银就被用于加速伤口愈合、治疗感染、净化水和保存饮料。远古时代，有钱人用银器存放食物，防止细菌生长5，因为纳米银具有较强的抗菌作用。纳米级抗菌剂的最小抑菌浓度只有微米级的最小抑菌浓度14(实验菌种选取的是大肠杆菌、葡萄球菌、白色念球菌)6。有资料显示7，银离子对金黄色葡萄球菌的MIC为63pgml。实验结果显示，纳米银对金黄色葡萄球菌MIC为0625-gml一125pgml，可能看出，纳米银对金黄色葡萄球菌的作用明显好于普通银离子。纳米银是一种新型的抗菌剂，也是未来抗菌色限制了它在更大范围内的应用，解决无机抗菌剂变色问题和降低成本两个难题。4 纳米银抗菌凝胶细胞毒性的研究将纳米银抗菌凝胶按49凝胶加20mL培养液的比例，在37下24h进行浸提后的浸提液作为原液，然后按原液与培养液的不同比例进行稀释作为样品(1，原液；2，1：2；3，1：10；4，1：100；5，1：1000；6，1：10000)。细胞株：L929(鼠成纤维细胞)。试验用细胞为传代4872h生长旺盛细胞8。将浓度为5mgml溶于PBS中。将培养l一2 d的L929细胞，吸除原培养液，加入消化液，消化，吸除消化液，加入新配置的培养液，使细胞成悬浮液计数，稀释成1104个细胞/mL。接种于3块96孔塑料板，每孔 100pL。在37CO：中培养24h，使细胞贴壁，24h后，加样品，将每孔中原培养液吸除，空白对照加新配置的培养液1001xL。实验组加检验液，放入37CO：培养箱中培养，分别24h、48h，7天各取出一块培养板，吸除样品浸提液加入20uL孔MTT液，继续培养6h，然后吸除，再加入150恤L孔二甲基亚砜，震荡10min，在紫外微孔测读仪上在500nm波长测吸光度值。相对增殖率(relative growth rare，RGR)为：RGR=实验组光度值对照组吸光度值100得到表1的结果，为不同含量的纳米银凝胶浸提液对细胞增值率的影响。从表中可以看出，同一浓度、不同的培养时间其细胞相对增值率存在差异。原液时的细胞毒性较大，然而当稀释比例为l：10时，细胞毒性明显降低。所以，判定纳米银抗菌凝胶的细胞毒性为一级9。5 纳米银凝胶在临床应用上的副作用随着纳米技术的发展，纳米银被证实和单纯从固体银中释放的银离子相比有更强的抗菌杀菌作用。然而，纳米银因其固有的纳米级小尺寸带来的生物学特性，在显示了更强的抗菌杀菌作用的同时，其对正常人组织或细胞的负效应不得不引起关注。至今，已有大量的体内试验研究证实纳米银能够从各种途经吸收进入体内，在体内迁移，于不同脏器引起蓄积，造成不同程度的脏器损伤。如，在大鼠28 天纳米银吸入性暴露试验中证实纳米银的持续吸入会引起肺和肾的蓄积，造成肺和肾的损伤13；如果延长暴露时间（90 天/13 周）则显示肺功能试验最大潮气量和呼出气体容量显著下降，组织病理学检查可以发现纳米银剂量依存性地增加了肺部和肝脏的损伤，如增厚了的肺泡壁、小的肉芽肿性损伤及胆管增生等在大鼠28 天纳米银口服试验中证实纳米银剂量依存性地引起了碱性磷酸酶和胆固醇的升高，提示超过300mg 的纳米银暴露可能会引起轻微的肝损坏。在本课题组以前的研究中报告了纳米银肌肉或皮下注射试验显示纳米银主要分布在肝，肾，脾等脏器，也可以穿过血-脑屏障引起轻度的脑细胞损坏。同时，也有大量的体外试验提示一定剂量的纳米银具有明显的细胞毒性和遗传毒性。Hofmann 等的研究显示纳米银粒子对鼠胚胎干细胞具有较强的毒性作用，能显著降低线粒体功能，从而造成细胞损伤10；暴露于纳米银的人源间充质细胞显示了IL-8 的显著增加11；Hussain 等报告了纳米银粒子通过细胞的吞噬作用或者跨膜扩散运动进入吞噬细胞，导致细胞内ROS 含量增加，谷胱甘肽含量降低12；Chueh 等的研究结果显示纳米银通过线粒体的ROS 和JUK 通路诱导了NIH3T3 或纤维细胞凋亡，在HCT116结肠癌细胞中可见Bal-2 抗凋亡蛋白基因的表达增加13；另有研究报告了超过1.0mg/L 纳米银添加的HepG2 细胞显示了显著的细胞毒性，表现为细胞形态皱缩，不规则；另外，无明显细胞毒性的低剂量纳米银暴露的HepG2 细胞其微核形成率达47.9%，而对照组仅为2.1%，提示纳米银有遗传毒性倾向。PV AshaRani 等报告了纳米银(25g/ml)暴露的人源肺纤维细胞14(IMR-90)及人源脑胶质瘤细胞显示了染色体畸变率达10%和20%，而对照组分别为0 和16%,提示纳米银引起了染色体的不稳定和有丝分裂的遏制15，16。也有研究报告纳米银可以抑制植物细胞（洋葱根尖细胞）的有丝分裂，其有丝分裂指数下降到27.62%,对照组为60.30%，可见多型的染色质断裂等，提示纳米银植物细胞有遗传毒性17。Yang等的研究显示纳米银可以与细菌细胞的基因组DNA 直接结合；在PCR 反应液里加入纳米银溶液则显示纳米银干扰了DNA 复制的忠实性，提示纳米银具有遗传毒性风险。从上述报告可以看出越来越多的试验研究证实纳米银有较强的细胞毒性，可以引起DNA及染色体的损伤，具有遗传毒性倾向。纳米银凝胶是一种含纳米银的水凝胶制剂，通过利用纳米银的抗菌作用，被用于治疗妇科宫颈炎或宫颈糜烂等。虽然纳米银凝胶已经开始应用于临床，但其生物安全性评价和遗传毒性风险评估尚缺乏研究性的资料。本研究对纳米银凝胶的体内生殖器官及体外（细胞内）吸收与蓄积及组织细胞的超微病理进行了研究。结合以HeLa 细胞为靶细胞，对纳米银凝胶进行的体外细胞毒性及遗传毒性研究和利用基因芯片技术（DNA Microarray）对纳米银凝胶所引起的细胞基因表达谱变化的前期研究结果，阐述了纳米银凝胶对人体组织细胞的作用机制；从宏观的个体、器官及组织水平到微观的细胞、分子水平分析纳米银凝胶的生物效应机制；为正确地对纳米银凝胶进行风险评估及合理有效的监管提供科学依据。6 结束语第一、纳米科技是一个新兴的多学科交叉领域，涉及的知识面和应用领域十分广泛，任何一个国家和单位都无法覆盖全部领域，也不可能在短期内实现对技术和市场的垄断。应当制定我国纳米科技中、长期发展战略，合理使用有限的资源和经费，大力发展那些对21世纪科学技术与国家安全有重大促进作用的领域和关键技术；积极引导和鼓励跨部门、多学科交叉联合研究与开发。第二、纳米抗菌凝胶是新型的生物医药材料，在临床上占有重要的一席之地特别是它的七大特点决定了它是无可替代的：广谱抗菌，渗透力强，保护创面，作用持久等。但是，临床上也存在一些问题，还有待研究。特别是对细胞毒性的判定。第三、充分认识纳米结构和应用纳米材料是纳米科技的核心。加强纳米银抗菌凝胶的基础性开发研究，我们要充分认识它的困难程度和目前仅处于研究的初期阶段的基本情况，其核心技术的规模应用还需相当长的时间；加强国内外学术交流，密切跟踪纳米科技研究前沿的新成果、新动向，不断提高研究水平，及时修正研究方向，使我国纳米科技健康、持久、有序地发展。参考文献1黄美卿，张紫虹，钟文纳米消毒凝胶杀菌效果及毒性的试验观察J华南预防医学，2003。29(2)：58592盛志勇，郭振荣危重烧伤治疗与康复学M北京：科学出版社，2000：1123郑俊民，李启先经皮给药药新剂型M北京：人民卫生出版社，1997：1344马绪荣，苏德模主编药品微生物M第一版，北京，科学出版社，2000，1971995卫生部药典委员会，中国药典(二部)M2005，附录89946刘维良纳米载银抗菌粉体材料的制备工艺与性能J中国陶瓷，2001，37：167金宗哲主编无菌抗菌材料及应用M第一版，北京：化学工业出版社，2004，848汤金龙，母瑞红，奚延斐，纳米材料对人体的潜在风险问题，世界医疗器械，2005,11（5）：16209医疗器械，生物学评价，第5部分：体外细胞毒性试验。GB/T 16886.5-200310 Braydich-Stolle L, Hussain S, Schlager JJ, Hofmann MC. n vitro cytotoxicity of nanoparticles in mammalian germline stem cells. 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