壳聚糖在生物医药方面的应用

壳聚糖在生物医药方面的应用 主讲人 叶红 甲壳素和壳聚糖 甲壳素 chitin 是重要的海洋生物资源 自然界每年生产的甲壳素有100亿吨 主要来源于虾壳 蟹壳 昆虫壳和微生物等 2020 4 6 壳聚糖 chitosan 是甲壳素脱乙酰基得到的产物 是已知的唯一的含氮碱性多糖 通过拉丝 成膜 制粒等方法可做成各种壳聚糖材料 可广泛应用于食品包装 水处理 医药等领域 在生物医药方面的应用 医用纤维医用敷料抗菌药物膜人造皮肤超细纤维壳聚糖水凝胶壳聚糖微球和微胶囊 医用纤维 甲壳素和壳聚糖及其衍生物溶液具有良好的可纺性 可以采用湿法或干法方式制成纤维 壳聚糖纤维制成的手术缝合线在伤口愈合后可不必拆线 用甲壳素或壳聚糖与其他高分子共混有利于提高纤维强度和其他性能 医用敷料 壳聚糖具有促进皮肤损伤的创面愈合 抑制微生物生长 创面止痛等效果 目前 国内外许多学者将壳聚糖制备成各种复合材料作为壳聚糖无纺布 壳聚糖膜 壳聚糖涂层纱布等医用敷料 并应用于临床 其中 用壳聚糖乙酸溶液制成的壳聚糖无纺布 用于用于大面积烧伤烫伤效果良好 抗菌药物膜 将广谱抗菌药物氧氟沙星和盐酸左氧氟沙星与壳聚糖复合得到复合药物药物膜 改药物膜对金黄色葡萄球菌有良好抑菌效果 成膜条件为 5 的壳聚糖乙酸溶液作涂膜剂 药物含量为0 5 2 0wt 2020 4 6 2020 4 6 人造皮肤 壳聚糖人造皮肤无致敏 无刺激 无吸收中毒及占位排斥现象 其透气性好 可促进皮肤生长 且有止血和抑制疤痕生长的效果 壳聚糖 多孔支架 类真皮层 上皮层 该皮肤模型可以代替人体皮肤 应用于化妆品 家用化工产品及药物等对皮肤的刺激性实验 2020 4 6 超细纤维 纳米纤维具有很高的比表面积和孔隙率 可用作生物材料 生物传感器件 功能纳米管等 2020 4 6 静电纺丝装置示意图 支架材料 壳聚糖具有较小的客体反应性 良好的抗菌性以及形状可塑性和成孔性 此外 壳聚糖是一种聚阳离子 能与聚阴离子如糖胺聚糖 蛋白聚糖 DNA等带负点的大分子产生静电相互作用 因此 壳聚糖在关节 骨及脊椎等组织结构和功能的重建以及药物控制释放等领域的应用已引起越来越多人的关注 壳聚糖在组织工程中的应用 造骨细胞在壳聚糖 聚乙二醇比例为90 10的纳米电纺丝上培养5天后的SEM图 发达倍数为800倍 甲壳素和壳聚糖水凝胶 人体就是含大量天然高分子的水凝胶 天然高分子水凝胶与人体组织具有相似性 故天然高分子水凝胶将在生物医药材料方面得到越来越多的应用 壳聚糖类水凝胶因其毒性低 具有良好的生物相容性 生物降解性 可用于生物医用领域 在药物缓释材料 酶或蛋白质载体上有良好的应用前景 2020 4 6 1 药物缓释2 组织工程3 分离材料4 细胞固定化 2020 4 6 1 药物缓释 壳聚糖与甘油磷酸钠体系 GP CS 是研究最多的药物缓释载体 如在纯壳聚糖载体的药物在4h内释放50 而在GP CS凝胶体系的药物 相同时间内仅仅释放了15 表明凝胶释放药物的时间明显延长 原因为GP的加入使壳聚糖聚合网络结构得到加强 2020 4 6 2 组织工程 壳聚糖基可注射型温度敏感性水凝胶 在组织工程中可用作组织支架的基材 也可用于包埋细胞和生长因子等 将细胞种植于可注射型的原位形成的凝胶支架中 不仅可提高细胞的种植效率 也有利于受损部位的不规则支架的制备 2020 4 6 3 分离材料 海藻酸 壳聚糖 海藻酸 ACA 离子取代凝胶与传统离子交换树脂比较 ACA的离子取代速率比传统离子交换树脂快得多 2020 4 6 4 细胞的固定化 将细胞物理包埋于壳聚糖的水凝胶里 可避免使用戊二醛之类的交联剂 有利于保证细胞的活性 2020 4 6 壳聚糖微球和微胶囊 利用壳聚糖所制得的微胶囊或微球可以增加蛋白质 多肽类药物的稳定性 降低药物在体内的副作用 延长药物疗效 2020 4 6 1 口服定位释放2 黏膜给药体系3 癌症的靶向给药4 基因运载工具5 包衣材料 2020 4 6 1 口服定位释放 口服是最方便的给药途径 尤其针对慢性病的治疗 但胃肠道的紧密上皮细胞和丰富的蛋白酶却阻碍了药物有效运载 壳聚糖及其衍生物具有渗透上皮细胞的能力 如壳聚糖在酸性条件下膨胀 可提高药物在胃里的停留时间 壳聚糖在胃和小肠中不易水解 因此可用作结肠靶向给药载体 2020 4 6 2 黏膜给药系统 壳聚糖能促进多肽和蛋白质的黏膜吸收效率 如壳聚糖谷氨酸盐可增加胰岛素在绵羊和老鼠的鼻黏膜吸收 在鼻腔给药过程中 壳聚糖不产生体液免疫效应 其吸收作用与壳聚糖分子量有关 2020 4 6 3 癌症的靶向给药 载有元素钆 Gd 的壳聚糖纳米粒子 可应用于Gd中子捕获治疗法治疗癌症 用纤维组织木细胞L929做体外模拟实验 当Gd浓度40ppm 12h后Gd累计可高达18ugGd 106cell 2020 4 6 4 基因运载工具 壳聚糖及其衍生物对DNA有效的凝聚作用可保护DNA不被核酸酶降解 其生物安全性高 可通过调整 控制壳聚糖 DNA纳米微球的制备条件 制备特定尺寸的DNA纳米微球 2020