天然高分子殼聚糖載藥應(yīng)用研究

郭慶時(shí) 劉丹丹

摘要天然高分子殼聚糖因其良好的生物學(xué)特性,并且來源豐富,成為近年研究的熱點(diǎn)。從殼聚糖作為基因載體、特殊部位給藥、抗癌藥物載體、凝膠載藥等方面說明殼聚糖的載藥性質(zhì)。

關(guān)鍵詞殼聚糖 藥物載體 基因

中圖分類號:R9文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

殼聚糖是一種含氨基多糖的新型高分子材料,在自然界中的儲量非常豐富,廣泛存在于蝦、蟹和昆蟲的外殼及藻類、菌類的細(xì)胞壁之中,是僅次于纖維素的第二大天然高分子物質(zhì)。它在醫(yī)藥領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)、紡織業(yè)的廣泛用途成為近年來的研究熱點(diǎn)。殼聚糖因?yàn)槠渖锵嗳菪院?毒性低,穿透性強(qiáng),具有控制釋藥,組織靶向性等多方面的優(yōu)勢受到醫(yī)藥領(lǐng)域的廣泛關(guān)注和研究。普通藥物使用殼聚糖作為載體后,能明顯延長作用時(shí)間,現(xiàn)在已經(jīng)利用殼聚糖制備出甲硝唑,阿司匹林,布洛芬等各種藥物膠囊。殼聚糖載藥不僅僅限于普通藥物,普通途徑,也可以作為基因載體,用于其它非常規(guī)給藥途徑。

1 基因及疫苗載體

基因越來越多的應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域,它用來治療疾病,或者用來作為疫苗載體預(yù)防疾病。用藥物口服治療時(shí),因?yàn)槠淇赡茉谖改c道被消化酶降解,在腸道進(jìn)入血液系統(tǒng)時(shí)穿透性不夠而降低藥物效果,這需要一種載體來提高藥效;同樣,基因治療時(shí),因?yàn)橐┩讣?xì)胞屏障,保護(hù)基因免受細(xì)胞內(nèi)各種酶的降解,也需要一種可靠的載體。病毒性載體存在毒性大等明顯缺點(diǎn),殼聚糖因?yàn)槠淞己玫纳锵嗳菪?毒性低,作為基因載體成為近年研究熱點(diǎn)。殼聚糖是當(dāng)今最具潛力,安全而有效的非病毒基因載體之一。

(1)基因治療載體。基因治療是將特定的DNA片斷引入人體細(xì)胞DNA中,從而起到治療效果。胡玉榮等研究發(fā)現(xiàn),利用復(fù)凝聚法制備殼聚糖/pEGFP納米粒,pDNA能與殼聚糖緊密結(jié)合,并且殼聚糖能保護(hù)核酸免受DNase I破壞。

Sang Yoo等發(fā)現(xiàn)將膽烷酸修飾后的疏水乙醇?xì)ぞ厶桥cDNA發(fā)生疏水反應(yīng),可形成DNA納米粒,動物實(shí)驗(yàn)表明該納米粒對在COS-1細(xì)胞內(nèi)對 DNA疫苗/naked DNA轉(zhuǎn)染率高,殼聚糖可作為一種有效的基因載體。

萬一元等證實(shí)殼聚糖能有效轉(zhuǎn)染DNA進(jìn)入哺乳細(xì)胞中,能持續(xù)釋放DNA并使之穩(wěn)定表達(dá),因此殼聚糖是一種有效的基因治療載體。Katherine 等發(fā)現(xiàn),利用第八因子DNA和殼聚糖納米粒結(jié)合,通過口服途徑給患有A類血友病(第八因子缺乏)的老鼠后,老鼠血漿中第八因子水平上升,并且凝血功能改善。

Nie等人利用噴霧干燥法將殼聚糖,聚乳酸/乙醇酸,DNA形成共聚物,并且利用超臨界二氧化碳發(fā)泡技術(shù)加工。體外試驗(yàn)表明,該聚合物在體外對DNA緩釋作用明顯。該實(shí)驗(yàn)說明殼聚糖作為基因載體使用時(shí)仍可具有緩釋作用。

(2)殼聚糖基因疫苗。乙肝是我國的一種常見疾病,乙肝疫苗對于預(yù)防該疾病,降低死亡率有重要作用。可將編碼乙肝DNA抗原的基因作為基因疫苗,提高機(jī)體的抗乙肝病毒能力。Zhou等人研究發(fā)現(xiàn)用甘露糖修飾殼聚糖利用復(fù)凝聚法制成微球,該微球?qū)EI/DNA復(fù)合物控釋作用明顯;并且由于抗原呈遞細(xì)胞表面具有高密度的甘露糖受體,可增強(qiáng)免疫力。

(3)殼聚糖疫苗。破傷風(fēng)疫苗是臨床常用疫苗,但由于需要連續(xù)多次注射,并且每10年重復(fù)一次,臨床依從性差。Jaganathan等人利用乳化交聯(lián)法將殼聚糖和破傷風(fēng)毒素制成微球,利用海藻鹽作蛋白穩(wěn)定劑, 加入氫氧化鎂抗酸;動物實(shí)驗(yàn)證明該微球穩(wěn)定性好,只需要一次注射就能達(dá)到多次常規(guī)疫苗所起到的免疫效果。

2 特殊部位給藥中的應(yīng)用

(1)在眼部給藥中的應(yīng)用。通常治療眼部疾病采用滴眼液。藥物必須在角膜表面停留足夠長的時(shí)間,達(dá)到足夠的濃度才能穿過眼血屏障發(fā)揮作用。但是由于滴眼液在眼部停留時(shí)間短,容易被眼淚稀釋,導(dǎo)致藥物與瞳孔接觸時(shí)間短,影響藥物效果。采用殼聚糖制成水凝膠,配合滴眼液使用,能夠延長藥物停留時(shí)間,加強(qiáng)穿透瞳孔的能力,提高生物利用度。Cao等人研究發(fā)現(xiàn),將噻嗎洛爾溶于殼聚糖與N-異丙基丙烯酰胺聚合的熱敏感型原位凝膠,比同濃度的噻嗎洛爾能更明顯降低家兔眼內(nèi)壓,MTT細(xì)胞增殖-毒性檢測未發(fā)現(xiàn)明顯角膜上皮細(xì)胞毒性。Salamanca等人發(fā)現(xiàn)將殼聚糖作為親脂類藥物眼部給藥的載體,利用熒光標(biāo)記殼聚糖/牛血清白蛋白納米粒,在眼結(jié)膜上皮細(xì)胞暴露該納米粒15,30,60,120分鐘,經(jīng)24小時(shí)后觀察,該上皮細(xì)胞存活率和細(xì)胞活性與對照組無明顯差異,對家兔切片觀察發(fā)現(xiàn),角膜細(xì)胞,結(jié)膜細(xì)胞的未見組織學(xué)改變,未見異常炎性細(xì)胞存在。

(2)在口腔粘膜給藥中的應(yīng)用。口腔黏膜黏附制劑是一種新的藥物釋放系統(tǒng),系利用生物黏附材料與口腔黏膜間的生物黏附力,延長制劑在口腔中的滯留時(shí)間,控制藥物的釋放速度和釋藥量,使制劑產(chǎn)生最佳療效。口腔粘膜給藥與傳統(tǒng)給藥途徑相比具有許多優(yōu)勢,它能夠不通過肝臟的首關(guān)消除,便于藥物吸收,滲透性高且給藥方便。Cafaggi等人發(fā)現(xiàn)泊洛沙姆 407與乳酸殼聚糖交聯(lián)作為口腔粘膜給藥的基質(zhì),當(dāng)泊洛沙姆407的濃度為30%時(shí),乳酸殼聚糖有最好的緩釋效果,控釋的溶脹和較高的黏附力,該試驗(yàn)說明這種基質(zhì)可以在口腔粘膜給藥系統(tǒng)中發(fā)揮作用。

(3)殼聚糖在鼻腔給藥中的應(yīng)用。鼻腔給藥不經(jīng)過首關(guān)消除,給藥方便,病人依從性好。特別適用于多肽蛋白質(zhì)等容易被胃腸道消化酶降解的藥物。蔡鑫君等人研究發(fā)現(xiàn),采用噴霧干燥法制備神經(jīng)毒素-I 殼聚糖微球,在前12小時(shí)內(nèi)累計(jì)釋放率為38.8%,以后的釋放相對緩慢,緩釋作用明顯。說明殼聚糖可以用在鼻腔給藥,且仍具有緩釋功能。

(4)殼聚糖在結(jié)腸給藥中的應(yīng)用。多肽,蛋白質(zhì)等藥物,因?yàn)槠湓谏舷廊菀妆幻附到馍锢寐实?。若該類藥物直接在結(jié)腸給藥,可解決此類問題。殼聚糖能在結(jié)腸形成滲透屏障,提高藥物在結(jié)腸停留時(shí)間,并且在原位可形成運(yùn)輸孔。Liu等人經(jīng)結(jié)腸實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)布地奈德釋放與微孔數(shù)目成線性相關(guān),酸堿度能影響殼聚糖的黏度,從而影響滲透壓。菌群觸發(fā)性給藥是結(jié)腸給藥的一種,它利用結(jié)腸中的各種酶,降解進(jìn)入結(jié)腸的含有特定結(jié)構(gòu)的某種物質(zhì),從而釋放出其中的藥物。殼聚糖能夠被結(jié)腸上高濃度的溶菌酶降解,從而在結(jié)腸釋放出藥物。王亞玲等人將殼聚糖與亞甲藍(lán)形成小丸,并且用丙烯酸樹脂包裹,該小丸在人工胃液8小時(shí)釋放量僅為6%,在人工結(jié)腸14小時(shí)釋放38%左右,并且緩釋作用明顯。

3 抗癌藥物載體

抗癌藥物具有抗癌作用,但通常對正常組織毒副作用較大。順鉑是一種抗癌藥物,注射使用可能產(chǎn)生神經(jīng)毒性,腎毒性等多種副作用。Kim等發(fā)現(xiàn),利用膽烷酸對殼聚糖進(jìn)行疏水修飾,用乙二醇作用中介偶聯(lián)劑,制成直徑300-500納米的微粒,用該納米粒包裹順鉑治療腫瘤,能有較好的靶向定位作用,緩釋作用,減少藥物副作用,延長荷瘤小鼠的生存時(shí)間。Hwang等發(fā)現(xiàn),殼聚糖納米微粒對多西他塞緩釋作用明顯,能明顯提高療效,減少副作用,并且說明該微力在血漿中穩(wěn)定性好。殼聚糖除可作為藥物載體,其自身具備的抗癌性能更加提高了其作為抗癌藥物的可行性。殼聚糖帶正電荷,能直接作用于帶負(fù)電荷的腫瘤細(xì)胞,抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移和生長,殼聚糖能誘導(dǎo)多種細(xì)胞因子表達(dá),這些細(xì)胞因子可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,從而抑制腫瘤作用。

4 殼聚糖敏感性凝膠材料的應(yīng)用

水凝膠是在水中能溶脹但又不溶于水的一類親水性高分子三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。敏感性凝膠即智能性凝膠,其性質(zhì)可隨Ph值、溫度、濃度的改變而改變。張維穎等利用殼聚糖輔以甘油磷酸鈉制成溫敏性凝膠,將該溫敏性凝膠用作阿霉素藥物載體,注射入腫瘤部位,阿霉素能持久釋放,表明殼聚糖能作為載體,減少阿霉素副作用。Ajit使用殼聚糖和聚醚為原料,在戊二醛存在的條件下利用乳化交聯(lián)法交聯(lián)形成水凝膠微球,掃描電鏡顯示該微球表面光滑。微球直徑在110-382um時(shí),該微球?qū)Ψ蜞奏め尫潘俣扰c交聯(lián)程度和聚醚在交聯(lián)網(wǎng)中的濃度成正比。這可能是因?yàn)榫勖褲舛仍酱髸r(shí),形成的交聯(lián)網(wǎng)越不能被穿透。

5 結(jié)語

殼聚糖及其衍生物是存在于自然界的巨大資源,因其穩(wěn)定性高,生物相容性好,毒性低,可降解性好,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域成為研究熱點(diǎn),但制備工藝還有待改善,且臨床試驗(yàn)較少。隨著對其研究的進(jìn)一步深入,殼聚糖必將越來越廣泛的用于醫(yī)藥領(lǐng)域。

注釋

Jiyoung M. D. , Kam W. L..Natural polymers for gene delivery and tissue engineering, Advanced Drug Delivery Reviews,2006,58(4): 487~499.

胡玉榮,張強(qiáng)等.殼聚糖納米粒基因載體的制備及轉(zhuǎn)染研究,第十屆中國科協(xié)年會論文集(三),2008: 588~597.

Yoo H. S., Lee J. E.,Chung H., et al., Self-assembled nanoparticles containing hydrophobically modified glycol chitosan for gene delivery,Journal of Controlled Release ,2005,103(1): 235~243.

萬一元,張星,何友兼等. 殼聚糖作為基因治療載體的可行性研究,癌癥,2005,24(11): 1408~1411.

Katherine B., Rita S., Rita S., et al. Gene transfer to hemophilia A mice via oral delivery ofFVIII –chitosan nanoparticles . Journal of Controlled Release, 2008,132(3): 252~259.

Nie H.M., Lee L.Y.,Tong H.,,et al. PLGA/chitosan composites from a combination of spray drying and supercritical fluid foaming techniques: New carries for DNA delivery, Journal of controlled release,2008, 129(3):207~214.

Zhou X.F., Liu B.,Yu X.H., et al, Controlled release of PEI/DNA complexes from mannose- bearing chitosan microspheres as a potent delivery system to enhance immune response to HBV/DNA vaccine ,Journal of controlledrelease, 2007,121(2): 200~207.

Jaganathan K.S., Rao Y.U.B.,Singh P.,et al. Development of a single dose tetanus toxoid formulation based on polymeric microspheres: a comparative study of poly(d,l-lactic-co-glycolic acid) versus chitosan microspheres,Internaltiona Journal of Pharmaceutics , 2005,294(1): 23~32.

Cao Y.X., Zhang C., Shen W.B., et al. Poly(N-isopropylacrylamide)-chitosan as thermosensitive in situ gel-forming system for ocular drug delivery, Journal of Controlled Release,2007, 120(3) :186~194

Amalia E. S., Yolanda D., Margarita C., et al. Chitosan Nanoparticles as a Potential Drug Delivery System for the Ocular Surface: Toxicity, Uptake Mechanism and In Vivo Tolerance, Investigative Ophthalmology & Visual Science, 2006,47(4):1416~1425.

李啟艷,朱日然.口腔黏膜黏附制劑的研究概況.中國藥業(yè),2004,13(6):23~25.

Cafaggi S., Leardi R., Parodi B., et al, Preparation and evaluation of a chitosan salt–poloxamer 407 based matrix for buccal drug delivery ,Journal of Controlled Release, 2005,102(1): 159~169.

蔡鑫君,柳琳,程巧鴛等. 噴霧干燥法制備神經(jīng)毒素-I 殼聚糖鼻腔給藥微球.中國醫(yī)藥工業(yè)雜志,2008, 39(11): 830~833.

Liu H., Yang X.G.,Nie S.F.,etal.,Chitosan-based controlled porosity osmotic pump for colon-specific delivery system: Screening of formulation variables and in vitro investigation,International Journal of Pharmaceutics ,2007,332(2) :115~124.

王亞玲,黃玲玲,邵健.殼聚糖結(jié)腸靶向釋藥體系的初步研究.交通醫(yī)學(xué),2008, 22(6):595~599.

Kim J.H., Kim Y.S., ParkK., et al, Antitumor efficacy of cisplatin-loaded glycol chitosan nanoparticles in tumor-bearing mice, Journal of controlled release , 2008,127(1):41~49.

Hwang H.Y., Kim I.S. ,Kwon I.C.,et al, Tumor targetability and antitumor effect of docetaxel-loaded hydrophobically modified glycol chitosan nanoparticles ,Journal of controlled release,2008, 128(1):23~31.

王曉霽,楊靖亞,劉建文.殼聚糖衍生物在抗腫瘤方面的研究進(jìn)展,中國臨床藥理學(xué)及治療學(xué), 2008,13(8):952~956.

張維穎,樊東輝,徐政等,溫敏性殼聚糖凝膠的阿霉素藥物體外緩釋研究,中國海洋藥物,2005,24(5):50~53.

Ajit P. R. ,Namdev B.S., Sangamesh A. P., et al, Novel hydrogel microspheres of chitosan and pluronic F-127 for controlled release of 5-fluoroucacil , Journal of Microencapsulation, 2007.24(3): 274~288.

張步寧,崔英德,陳循軍等.甲殼素/殼聚糖醫(yī)用敷料研究進(jìn)展.化工進(jìn)展,2008.27(4):520~526.