殼聚糖基高分子材料在植入材料、藥物緩釋等生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用分析與展望百替生物課件

殼聚糖基高分子材料在植入材料、藥物緩釋等生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用分析與展望Vina2015-01-08內(nèi)容概要生物醫(yī)用材料，也稱生物材料，是一類具有特殊性能，應(yīng)用于疾病的診斷、治療、康復(fù)和預(yù)防，以及替換生物體組織、器官，增進(jìn)或恢復(fù)其功能的材料。其中，生物醫(yī)用高分子材料受到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域普遍關(guān)注，已成為用途最廣、用量最大的醫(yī)用生物材料之一。殼聚糖（CS）是天然產(chǎn)量豐富的氨基多糖，具有許多有趣的物理化學(xué)和生物化學(xué)性質(zhì)。因?yàn)榫哂泻芎玫纳锵嗳菪?、生物降解性、生物活性、與金屬離子絡(luò)合能力和特殊的跨細(xì)胞膜能力，殼聚糖被廣泛應(yīng)用于生物材料。利用殼聚糖制備生物醫(yī)用材料引起了科學(xué)家的廣泛興趣。本報(bào)告主要就殼聚糖的特性、應(yīng)用現(xiàn)狀和前景作簡(jiǎn)要介紹。三個(gè)問題殼聚糖是什么？有什么特點(diǎn)？殼聚糖作為醫(yī)用材料有哪些優(yōu)點(diǎn)？殼聚糖基生物醫(yī)用高分子材料已經(jīng)在哪些領(lǐng)域得到了應(yīng)用？還有望在哪些領(lǐng)域應(yīng)用？殼聚糖地球上存在的天然有機(jī)化合物中，數(shù)量最大的是纖維素。其次就是甲殼素（chitin）。人們主要是從蝦、蟹殼和真菌細(xì)胞壁中來提取甲殼素，其操作簡(jiǎn)單，成本比較低廉。據(jù)估計(jì)自然界每年生物合成的甲殼素將近100億噸，而全世界每年水產(chǎn)加工后的甲殼質(zhì)廢棄物約為140萬(wàn)噸。甲殼素是N-乙酰-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖以β-1,4糖苷鍵形式連接而成的氨基堿性多糖。甲殼素糖基上的乙酰基可用強(qiáng)堿水解或酶解脫去一部分，由此得到的多糖叫殼聚糖（chitosan），也叫脫乙酰甲殼素。殼聚糖的特性（1）殼聚糖分子中的活性側(cè)基α-NH2，可酸化成鹽類，導(dǎo)入羧基官能團(tuán)，取代合成側(cè)鏈銨鹽、混合醚、聚氧乙烯醚等等，制備具有水溶性、醇溶性、有機(jī)溶劑溶解性、表面活性以及纖維性等各種衍生物；（2）殼聚糖分子中-OH和-NH2具有配位螯合功能；（3）殼聚糖分子中-OH和-NH2均可與交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)接枝改性成網(wǎng)狀聚合物；（4）殼聚糖分子中-NH2先與過渡金屬離子形成配合物，再與交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)，具有“模板劑”的記憶力和選擇吸附性能；（5）殼聚糖在適當(dāng)條件下進(jìn)行?；?，可制備具有低碳數(shù)親水性衍生物和高碳數(shù)疏水性衍生物;（6）殼聚糖顯示無(wú)遺傳毒性和急性毒性作用、相對(duì)無(wú)細(xì)胞毒性，不溶血，不致過敏、具有良好的生物相容性和及生物可降解性.殼聚糖作為生物醫(yī)用材料的優(yōu)勢(shì)良好的生物相容性殼聚糖兼有膠原質(zhì)和纖維素兩者的生物功能，與人體的組織器官及細(xì)胞有良好的生物相容性。良好的生物可降解性殼聚糖在水介質(zhì)中降解比較慢，殼聚糖在生物體內(nèi)通過溶菌酶（lysozyme）、水解酶的作用降解成低分子殼寡糖和葡萄糖胺，可以被人體完全吸收?？鼓饔煤痛龠M(jìn)傷口愈合作用殼聚糖通過表面的正電荷與紅細(xì)胞表面帶負(fù)電的神經(jīng)氨酸殘基的相互作用，介導(dǎo)紅細(xì)胞聚集，從而可以實(shí)現(xiàn)其止血的作用。殼聚糖衍生物的抗凝作用主要與硫酸基和羧酸基有關(guān)。改性殼聚糖主要通過與血漿抗凝血酶-Ⅲ作用加速凝血酶的失活，進(jìn)而抑制凝血過程。殼聚糖在醫(yī)用材料領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀醫(yī)藥用膜和敷料殼聚糖無(wú)紡布、殼聚糖流涎膜、殼聚糖涂層紗布等多種醫(yī)用敷料已商品化用于臨床。其中用殼聚糖醋酸溶液制成的殼聚糖無(wú)紡布，透氣性透水性極佳，可用于大面積燒、燙傷，效果良好。殼聚糖還可以用作人造皮膚和醫(yī)用可吸收性縫合線。殼聚糖在醫(yī)用材料領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀硬組織修復(fù)材料殼聚糖與HA（羥基磷酸鈣hydroxyapatite）有很強(qiáng)的交互作用，殼聚糖對(duì)磷酸鈣（認(rèn)為是骨質(zhì)生長(zhǎng)的初始生成物）的結(jié)晶增長(zhǎng)有顯著的影響。用殼聚糖和羥基磷酸鈣的混合物作骨質(zhì)代用品，具有良好的生物相容性和生物機(jī)械性能。用溶膠-凝膠法制備的HA/殼聚糖-明膠網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料，其彎曲強(qiáng)度可達(dá)到密質(zhì)骨彎曲強(qiáng)度的下限，斷裂強(qiáng)度接近人體密質(zhì)骨。用殼聚糖-磷酸鈣-藻蛋白酸鈉可以制備非衰減型快速固化粘接材料。多孔性的殼聚糖/HA復(fù)合修復(fù)材料負(fù)載抗生素可以控制藥物緩慢釋放，防止骨髓炎的發(fā)生。殼聚糖在醫(yī)用材料領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀血液接觸材料殼聚糖本身具有凝血作用，但對(duì)殼聚糖進(jìn)行適當(dāng)改性后，其凝血作用會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榭鼓饔?。殼聚糖分子C2位上的-NH2，C3、C6位上的-OH均具有較強(qiáng)的反應(yīng)活性，在適當(dāng)條件下可進(jìn)行多種化學(xué)改性，如?；?、磺化、羧甲基化以及羥乙基化等。殼聚糖的磺化物、硫酸酯化物、膽堿化衍生物都有比較強(qiáng)的抗凝血性。殼聚糖－聚乙烯醇－非離子清潔劑制成的涂膜改性人造血管內(nèi)壁能明顯改善血液的凝結(jié)。殼聚糖在醫(yī)用材料領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀口服藥用及保健功能殼聚糖具粘滯性，可延緩胃的排空，減少脂肪的吸收。殼聚糖還能改善組織的能量代謝，促進(jìn)脂肪酸的氧化分解而發(fā)揮其保肝護(hù)肝、減輕脂肪病變的作用。殼聚糖還具有良好的吸附作用和整合能力，口服殼聚糖可吸收膽固醇和膽汁酸，然后排出體外，阻止膽固醇進(jìn)入腸粘膜細(xì)胞，起到降解膽固醇的作用。殼聚糖在醫(yī)用材料領(lǐng)域應(yīng)用展望水凝膠支架材料、植入材料角膜接觸鏡、眼科修復(fù)材料延伸閱讀：殼聚糖基組織工程角膜載體支架羥基化殼聚糖-明膠-硫酸軟骨素（膠原、透明質(zhì)酸）等制成共混膜作為角膜內(nèi)皮細(xì)胞載體。經(jīng)組織工程化后植入，基片逐漸降解，角膜上皮的機(jī)械性損傷得以修復(fù)。這種共混膜組織相容性良好，有合適的透光性，透氣性和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)滲透能力。無(wú)機(jī)材料有機(jī)材料生物材料玻璃，羥基磷灰石

，

生物玻璃陶瓷

硅凝膠

，聚甲基丙烯酸甲酯，氟碳多聚體

羊膜，動(dòng)物膠原和殼聚糖，黏多糖人工角膜延伸閱讀：殼聚糖基軟骨支架殼聚糖兼有膠原質(zhì)和纖維素兩者的生物功能，與人體的組織器官及細(xì)胞有良好的生物相容性，幾乎無(wú)免疫原性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果觀察沒有炎癥反應(yīng)，組織學(xué)評(píng)價(jià)有嗜中性細(xì)胞聚集在支架材料周圍聚集，隨著植入時(shí)間增加逐漸消失，支架孔中發(fā)現(xiàn)膠原，說明連接組織沉淀在支架材料上，支架材料有非常低的細(xì)胞免疫反應(yīng)。這些都說明殼聚糖支架具有很高的生物相容性，適合做支架材料和植入材料。Senkoylu等用電紡絲法制備殼聚糖支架，并與新西蘭白兔關(guān)節(jié)部位截取的軟骨細(xì)胞培養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)軟骨細(xì)胞很容易與支架形成緊密結(jié)合。SenkoyluA,SimsekA,SahinFI,MenevseS,OzogulC,DenkbasEB,etal.JournalofBioactiveandCompatiblePolymers,2001,16(2):136-144.延伸閱讀：國(guó)內(nèi)部分對(duì)殼聚糖/甲殼素研究較深入的課題組武漢大學(xué)：張俐娜院士課題組纖維素甲殼素殼聚糖的低溫溶解與成膜加工曾