殼聚糖納米凝膠藥物載體

殼聚糖簡介殼聚糖納米凝膠粒子近年來在藥物釋放領(lǐng)域吸引了眾多研究者的目光。因為其將凝膠與納米粒子的優(yōu)點結(jié)合在一起，具有更強的應(yīng)用性。凝膠(Hydrogel)是一種高分子網(wǎng)絡(luò)體系，性質(zhì)柔軟，能保持一定的形狀，具有親水性及高吸水性，多功能性，生物相容性。凡是水溶性或親水性的高分子，通過一定的化學(xué)交聯(lián)或物理交聯(lián)，都可以形成凝膠。納米粒子在藥物制劑中具有很多優(yōu)越性，延長藥物在循環(huán)中的時間，具有靶向性?？墒勾蠓肿禹樌ㄟ^上皮組織，促進藥物的滲透吸收，有效提高藥物的生物利用度，減少副作用。結(jié)合以上二者的優(yōu)點，并且殼聚糖本身除了具備普通高分子材料的物理化學(xué)、機械性能穩(wěn)定以及可接受消毒等相應(yīng)處理的特性外,還能夠在生物體內(nèi)酶解成易被吸收、無毒副作用的小分子物質(zhì),并且不會殘留在活體內(nèi)。因此殼聚糖制成的納米凝膠粒子作為藥物釋放材料具有很好的應(yīng)用前景。制備殼聚糖納米凝膠粒子有很多方法，本文就其制備研究作一綜述。殼聚糖納米凝膠粒子的制備1.共價交聯(lián)的殼聚糖納米粒子對基于殼聚糖的納米結(jié)構(gòu)的最早研究主要是對其聚合物鏈段上的交聯(lián)的研究。Watzke與Dieschbourg通過四甲氧基硅烷(tetramethoxysilane，TMOS)與殼聚糖單體上的羥基反應(yīng)制得了殼聚糖與二氧化硅的納米復(fù)合物。形成了具有互相貫穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的微乳凝膠。這種納米復(fù)合物一個特別的性質(zhì)就是：用液態(tài)二氧化碳臨界點干燥的時候，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會擴張。TMOS的引進使之形成非透明的白色固體狀物質(zhì)。電子掃描電鏡顯示，經(jīng)臨界點干燥的樣品具有大孔結(jié)構(gòu)，一定量時能夠散射光。另外，當(dāng)反應(yīng)時液相的pH不一樣時，最終得到納米復(fù)合物的結(jié)構(gòu)也不一樣。這一研究雖然形成了聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，卻并沒有將其與有用的活性藥物結(jié)合起來。后來Ohya等[6]首次報道了采用共價交聯(lián)法，制備內(nèi)含5-氟尿嘧啶(5-Fu)抗[6]癌藥物的殼聚糖納米粒子。即用戊二醛共價交聯(lián)殼聚糖分子鏈上的氨基，制得殼聚糖凝膠納米球，5-氟尿嘧啶藥物固定在納米球里。因為5-氟尿嘧啶的化學(xué)式里同樣含有一個氨基端基，因此戊二醛會像連接兩條殼聚糖鏈一樣，不加區(qū)別地將這種活性藥物綁入聚合物。這樣藥物就被固定化而不是被包裹。這些研究證明了合成用于包埋和運輸藥物并且穩(wěn)定可再生的殼聚糖納米粒子具有很大的可行性。離子交聯(lián)的殼聚糖納米粒子殼聚糖的陽離子性很早就被利用于特殊藥物釋放系統(tǒng)。殼聚糖除了能夠與帶負(fù)電荷的聚合物結(jié)合外，還有一個很重要的性質(zhì)就是能夠與聚陰離子之間離子凝膠化。近年來殼聚糖納米粒子在殼聚糖與三聚磷酸鹽的離子凝膠化基礎(chǔ)上改進了，更適用于藥物包埋。這種簡單而具有前景的技術(shù)主要在于，將PH=7?9的包含了TPP的堿加入到PH=4?6包含了殼聚糖的酸中。由于TPP磷酸鹽與殼聚糖氨基基團產(chǎn)生了分子間和分子內(nèi)的分子聯(lián)動，在兩相接觸的瞬間就會產(chǎn)生納米粒子。Shu等用一種新方法，交聯(lián)時間長，可以得到結(jié)構(gòu)均一，并且力學(xué)強度大大提高的納米粒子。藥物裝載率高達90%。還可表面涂覆多酸，比如海藻酸鈉，形成一種聚電解質(zhì)復(fù)合膜，增加藥物裝載率，延長藥物釋放時間。如圖1。150um994S20￡0KVX200150U150um994S20￡0KVX200150U(C} (D\圖1掃描電鏡圖(A)TPP/殼聚糖粒子；(B)TPP/殼聚糖粒子的表面形貌；(C)粒子涂覆了海藻酸鈉后的表面形貌；(D)粒子涂覆海藻酸鈉后的橫斷面圖Fig.1.S.E.M.micrographs(A)TPP/chitosanbeads;(B)surfacemorphologyofTPP/chitosanbeads;(C)surfacemorphologyofsodiumalginatecoatingTPP/chitosanbeads;(D)thecross-sectionalmorphologyofsodiumalginatecoatingTPP/chitosanbeads裝載胰島素的殼聚糖納米粒子可以通過將胰島素與TPP溶液混合，然后在恒定攪拌速率下將混合液加入殼聚糖溶液而得到。這樣得到的納米粒子的尺寸在300?400nm之間，表面正電荷在+54?+25mV。利用這種方法胰島素的裝載率可以達到55%。殼聚糖納米粒子，相比于殼聚糖液態(tài)溶液，大大增強了胰島素鼻粘膜吸收。有很多正在進行的研究證明了用這種方法來裝載多肽或者蛋白質(zhì)，其口服生物利用率會提高。同時殼聚糖納米粒子的生物吸附性促進了藥物在腸內(nèi)的吸收oPan等利用殼聚糖與TPP陰離子的離子凝膠化制備了裝載胰島素的殼聚糖納米粒子。利用得了四氧嘧啶致糖尿病的小鼠，通過讓

其口服各種劑量的裝載胰島素殼聚糖納米粒子，來控制小鼠血漿中葡萄糖含量。研究了殼聚糖納米粒子促進胰島素腸內(nèi)吸收的能力與胰島素的相對生物利用率。帶正電結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的殼聚糖納米粒子尺寸在250?400nm之間，胰島素結(jié)合率高達80%。與體內(nèi)注射殼聚糖溶液比起來，殼聚糖納米粒子極大促進了胰島素在腸內(nèi)的吸收。通過加入21.1IU/kg裝載胰島素殼聚糖納米粒子，低血糖被延遲了超過15小時。平均生物利用率相對比皮下注射胰島素溶液高14.9%。徐等研究了通過離子凝膠化方法制備殼聚糖納米粒子的不同配方。TEM顯示了球狀粒徑20?200nm之間。去溶劑化方法制備殼聚糖納米粒子用去溶劑化方法來合成殼聚糖納米粒子，是起源于對于微囊包封的研究。Berthold等最早提出用硫酸鈉作為制備殼聚糖納米粒子的沉淀劑。所用硫酸鈉量取決于制備納米粒子所用殼聚糖分子量。他們分別選用了小分子量，中分子量，大分子量的殼聚糖來制備納米粒子。在攪拌與超聲波作用下，逐滴地將硫酸鈉滴入到殼聚糖與聚山梨醇酯（一種懸浮穩(wěn)定劑）溶液中，殼聚糖粒子便形成了。沉淀出的粒子處于納米尺寸與微米尺寸的分界上（900±200nm）。制備出的粒子用光相關(guān)光譜PCS及離心沉降來確定其尺寸大小，是處于納米與微米分界上。掃描電鏡顯示其為表面光滑的規(guī)則球形，并且所用殼聚糖分子量對粒子尺寸及表面形貌無影響。粒子表面zeta電位對于懸浮粒子的穩(wěn)定，帶電荷藥物與粒子間相互作用，以及藥物釋放系統(tǒng)在生物表面的黏附都有一定的影響。因此，測定納米粒子的表面電荷也是確定其特征的重要一部分。用微量電泳方法測得殼聚糖納米粒子表面帶正電荷。雖然在制備過程中引入了硫酸鈉，但是只中和了一部分氨基，剩下的氨基使納米粒子表面帶正電荷。粒子表面帶正電荷，可以吸附大量的陰離子激素在其表面（裝載率可以達到30%），比如脫氫皮質(zhì)甾醇，磷酸鈉。殼聚糖分子量對zeta電位無影響，低pH比高pH制得的粒子zeta電位高。如圖2。圖2pH對殼聚糖粒子表面zata電位的影響：（?）低分子量殼聚糖；（■）中分子量殼聚糖；（▲）高分子量殼聚糖Fig.2.InfluenceofpHonthezeta-potentialofchitosanmicrospheres(?)lowmolecularweightchitosan;(■)mediummolecularweightchitosan;(▲)highmolecularweightchitosan(mean+SD;n=5).這種技術(shù)經(jīng)轉(zhuǎn)變后來被應(yīng)用于一種蛋白聚糖的控制釋放，這種蛋白聚糖可以在免疫刺激中起到抗腫瘤的作用。利用戊二醛交聯(lián)，可以得到分布于600?700nm穩(wěn)定尺寸的納米粒子。但是，由于戊二醛的必要性，限制了其在治療性活性大分子的釋放上的應(yīng)用。利用復(fù)雜的凝聚作用可以制備出殼聚糖/DNA納米粒子。在氨基與磷酸鹽基團的比率3?8,殼聚糖濃度100mcg/ml時，得到的納米粒子尺寸在100?250nm之間窄分布。殼聚糖/DNA納米粒子可以在一定程度上保護被包裹的質(zhì)粒DNA，使其不被核酸酶降解。乳液-微滴聚結(jié)方法制備的殼聚糖納米粒子Tokumitsu等介紹了乳液-微滴聚結(jié)方法，這種方法將乳液交聯(lián)與沉淀的原理結(jié)合在一起。在這種方法中，殼聚糖微滴與氫氧化鈉微滴是通過聚結(jié)引發(fā)沉淀，而不是通過穩(wěn)定的微滴之間的交聯(lián)。首先在液態(tài)烷烴中得到一種穩(wěn)定乳液，這種乳液含有殼聚糖溶液以及將被裝載的藥物。同時，用相同的方法得到另一種穩(wěn)定乳液，含有存在有氫氧化鈉在其中的殼聚糖溶液。最后，在高攪拌速率下，將兩種乳液混合在一起。每種乳液的小滴將會隨機相撞而聚結(jié)，這樣使殼聚糖微滴沉淀而得到小的固態(tài)粒子。在該研究中，Tokumitsu等制備了裝載有Gd-DTPA的殼聚糖納米粒子。利用這種方法，使用100%脫乙酰殼聚糖時，15%Gd-DTPA液態(tài)溶液時，將粒子在水中分散，用動態(tài)光散射技術(shù)測得粒子平均粒徑452nm，藥物裝載率45%。當(dāng)使用殼聚糖的脫乙酰度減小時，納米粒子中裝載的Gd-DTPA含量也減小,但是納米粒子的尺寸會增大。當(dāng)殼聚糖溶液中Gd-DTPA濃度增大時,制得納米粒子中裝載的Gd-DTPA含量也增大，納米粒子尺寸不變。盡管Gd-DTPA具有很高的水溶性，當(dāng)其被裝載在納米粒子里時，在PBS中，釋放很緩慢，一星期還只是釋放1.8%,但是在血漿中，24h就可以釋放91%。如圖3。100BO6040201218246Time(hours)圖100BO6040201218246Time(hours)圖3Gd從殼聚糖納米粒子里的釋放曲線：（?）^BS溶液中；（O）在人體血漿中Fig.3.ReleaseofGdfromGd-nanoCPs:(?)InPBSsolution(pH7.4)；(O)Inhumanplasmainvitro反相膠束制備的殼聚糖納米粒子反相膠束是水，油，與表面活性劑的液態(tài)混合物。其在熱力學(xué)上是穩(wěn)定的。從微觀上看，反相膠束有同質(zhì)與各向同性結(jié)構(gòu)，是由水溶液的微球分布于油相中而成。微球被富集了表面活性劑的薄膜分隔開。用傳統(tǒng)的乳液聚合制備的納米粒子不僅粒徑大＞200nm），而且粒徑分布也很廣。但是通過反相膠束的手段就可以得到比較窄分布的超細(xì)聚合納米粒子。反相膠束微滴中的水相核可以被用作“納米反應(yīng)器”來制備這種納米粒子。由于這種反相膠束微滴的粒徑分布窄，單一分散，粒徑通常分布在1?10nm間，因此在藥物釋放領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。由于膠束微滴在液態(tài)中介中處于布朗運動的狀態(tài)，這些膠束微滴會不斷地相互聚結(jié)然后又分開，時間間隔在毫秒與微秒之間。這些微滴的粒徑尺寸，多分散性，熱力學(xué)穩(wěn)定性，是通過快速的動力學(xué)平衡才得以在系統(tǒng)中維持。在這種反相膠束的方法中，將表面活性劑溶于一種有機溶劑來制備反相膠束，然后將殼聚糖與藥物的水溶液逐漸加入其中，要以恒定的振蕩速率，以避免有混濁出現(xiàn)。就這樣調(diào)節(jié)水相，保持整個混合液處于光學(xué)透明的微乳液相?？梢酝ㄟ^添加一定量的水，得到大粒徑的納米粒子。然后在短時間內(nèi)，以恒定的攪拌速率向這種透明溶液中加入一種交聯(lián)劑。根據(jù)藥物的不同，能夠溶解于這種反相膠束的藥物的最大劑量也不同，可以通過逐漸增加藥物劑量直至透明分散的溶液變?yōu)榘胪该鱽泶_定。然后有機溶劑被蒸發(fā)，得micellartransparentdrugmass，透明膠束藥物團。剩下的材料分散于水中，然后加入一種合適的鹽，表面活性劑沉淀出來。然后將混合液離心過濾。將包含了裝載有藥物的納米粒子的上層清液傾瀉出來。液態(tài)分散相立即用透析膜透析大約一小時，然后透析液低壓凍干成藥物粉末。Mitra等用這種方法在殼聚糖納米粒子里包裹了右旋糖苷-阿霉素結(jié)合物。阿霉素是一種抗癌藥物，卻有很大的副作用。于是將其與右旋糖苷結(jié)合在一起，裝載入具有生物降解性，生物相容性，并且循環(huán)時間長的納米凝膠粒子里，期待能減小其副作用，使之具有更大的應(yīng)用。用QELS,Quasi-elasticlightscatteringmeasurements測其粒徑，顯示出單一分散的球形納米粒子粒徑在100土10nm?；瘜W(xué)改性自組裝法制備的殼聚糖納米粒子利用化學(xué)改性后兩親性殼聚糖在溶液中的自聚集組裝特性制備出殼聚糖納米凝膠粒子。Ohya等［a通過殼聚糖分子鏈上酰胺基將聚乙二醇（PEG）接枝到殼聚糖骨架鏈上，發(fā)現(xiàn)在堿性條件下殼聚糖骨架鏈表現(xiàn)出疏水性而接枝上的PEG支鏈表現(xiàn)出親水性，兩親性的改性殼聚糖可在溶液中發(fā)生膠束化作用形成自聚集組裝結(jié)構(gòu)、進而得到納米粒子?？赡苡捎谒脷ぞ厶羌{米微粒表面存在未改性殼聚糖殘基與蛋白，胰島素、多肽、蛋白質(zhì)等一類親水性較強的大分子藥物，便容易通過氫鍵或靜電相互作用結(jié)合在該微粒表面。根據(jù)PEG接枝支鏈的長短，所得納米微粒的粒徑大小可在50nm~150nm范圍內(nèi)進行調(diào)控，且隨著親水支鏈的增加，殼聚糖納米粒子的粒徑逐漸減小。Fei等［12］一步法合成有機硅-殼聚糖納米藥物載體。有機硅核是由氧硅烷基-3-（三甲硅烷基）丙基異丁烯酸（TMSPM）的水解和縮合作用形成，而TMSPM同時是使用殼聚糖/叔丁基化過氧氫（TBHP）作為氧化還原引發(fā)劑。制備的納米粒子可調(diào)整粒徑到100nm以下，可用作包含-NH2的蛋白質(zhì)等生物高分子藥物的載體。此法中有機硅成核的過程也是殼聚糖納米微粒形成的過程，因此減少了硅-聚合物微球制備過程中成核這一步。存在的問題及展望近年來對作為藥物釋放載體的殼聚糖納米凝膠粒子的研究取得了重大進展，是藥物釋放系統(tǒng)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。但在對其研究