殼聚糖納米粒制備研究進展及在靶向給藥系統中的應用

謝黎崖 柯金珍 陳月 吳永良

（廈門大學附屬第一醫院，福建廈門361003）

在靶向納米藥物拮抗腫瘤生長優勢越來越明顯的今天，尋找合適的載體材料顯得尤為重要。殼聚糖作為多聚糖胺類的主要代表，因其本身特有的性能和結構，被作為生物醫學和納米藥物載體的主要候選材料之一[1-2]。

殼聚糖是甲殼素脫乙酰化的產物，是地球上僅次于纖維素的最為豐富的天然聚合物，其化學名稱為聚-2-氨基-2-脫氧-β-葡萄糖，是由N-乙酰氨基葡萄糖以α-1，4糖苷鍵縮合而成。殼聚糖的分解產物無毒性，對身體健康無害。殼聚糖的弱堿性使其表面僅帶有弱正電荷，不會對周圍的組織產生強烈刺激作用。它還有止痛、止血、促進傷口愈合、抗菌、抗酸、抗潰瘍、降血脂和降膽固醇等多種作用[3-4]。殼聚糖分子中的氨基與羥基可與黏液中的糖蛋白形成氫鍵從而產生吸附作用。且黏膜中糖蛋白帶有負電荷，殼聚糖能與黏膜之間的電荷相互吸引，因此殼聚糖對生物黏膜具有很強的特異黏附作用[5]，這種作用可延長殼聚糖在體內特定區域的滯留時間。其具有良好的生物相容性，毒性也很低，是作為生物醫學工程和制備藥物載體的良好材料。近年來，殼聚糖納米粒作為藥物載體的研究已成為熱點。本文就殼聚糖納米粒的制備方法、在靶向給藥系統中的應用進行綜述。

1 殼聚糖納米粒的制備方法

隨著對殼聚糖物理化學和生物特性的不斷揭示，殼聚糖納米粒現已被公認為是一類極具應用前景的藥物控釋載體。這類載體的制備技術主要包括共價交聯、離子交聯、沉淀析出、自組裝構建和大分子復合5種方法。

1.1 共價交聯法

共價交聯法是利用殼聚糖分子鏈上的氨基和羥基可以和一些化學交聯劑反應的特點來制備殼聚糖類藥物納米載體。已報道的利用共價交聯法制備殼聚糖納米粒的文獻很多，常用的交聯劑有：戊二醛、甘油醛、甲醛、環氧氯丙烷等。Ohya Y等[6]是最早采用戊二醛交聯劑利用殼聚糖上的氨基，接枝上活性藥物氟尿嘧啶，制備得包含抗癌藥物氟尿嘧啶的納米粒。Kumbar SG等[7]采用該方法制備出了球形且表面光滑的殼聚糖微粒，粒徑范圍為40～230μm。在使用的各種交聯劑中，戊二醛交聯的微球擁有最低的藥物釋放速率。然而，需要指出的是共價交聯往往會對細胞的存活率和大分子藥物的活性產生不利影響，而且交聯劑毒性較大，因而用該法制得的殼聚糖納米粒在應用上有一定局限性。

1.2 離子交聯法

離子交聯法是目前在載藥殼聚糖納米粒的研究中使用最多的方法。1989年，Bodmeier R[8]首次提出了這種方法，它是利用無毒的三聚磷酸鈉（TPP）對殼聚糖進行離子誘導凝膠化形成納米粒。Zheng AP等[9]利用這一技術制備了納米粒，通過對納米粒的理化性質、體外釋放進行表征，發現殼聚糖相對分子質量對粒子性能的影響有限，TPP的量和包裹的蛋白類型影響更大。Fernandez UR等[10]制備了一種負載胰島素的殼聚糖微粒。將胰島素和TPP混合，在高速攪拌下滴入殼聚糖醋酸溶液中，其中殼聚糖與TPP濃度之比為6∶1。制備出了粒徑在300～400 nm，載藥率達到55%的微粒。中國武漢大學Xu Y課題組[11]以牛血清蛋白為代表藥物，用離子凝膠法得到了表面光滑的微球。研究發現分子量、殼聚糖脫乙酰度、殼聚糖和牛血清蛋白的濃度都會影響藥物的釋放速率和緩釋效果。該方法操作簡單，反應條件溫和，不需使用有機溶劑，避免了交聯劑可能造成的毒副作用。但是，離子交聯法制備的粒子不穩定，易受到環境變化的影響而發生變形或者分解。

1.3 沉淀析出法

Berthold A等[12]首先提出使用硫酸鈉為沉淀劑制備殼聚糖微粒。過程中將硫酸鈉加到殼聚糖和吐溫-80的溶液中，在攪拌與超聲波分散的條件下，殼聚糖微粒形成并析出。所得的微粒介于微球和納米粒之間。該方法經Tian XX等[13]改進，用于表面吸附有抗腫瘤藥物如牛血清白蛋白、細菌蛋白多糖等的殼聚糖納米載體的制備，獲得粒子的粒徑范圍為600～800 nm。沉淀析出法的另一制備途徑是應用乳化劑的擴散作用。實驗時，將溶有藥物的殼聚糖溶液借助乳化劑的作用分散在親水性有機溶劑和疏水性有機溶劑混合的油相中，利用親水性有機溶劑會自動向水相擴散而產生兩相界面流動，從而使殼聚糖分子發生沉降析出，形成想要的納米尺度的微粒[14]。可是，沉淀析出法需在較苛刻的制備條件如存在乳化劑、有機溶劑和超聲振蕩下進行，且不易通過反應條件的優化調控殼聚糖微粒的大小，因而這種方法在實際應用上亦受到一定程度的限制。

1.4 自組裝構建法

這種方法是通過對殼聚糖分子進行修飾，引入疏水基團，使其成為兩親性物質，在溶液中自發形成納米結構。Ohya Y等[15]通過在殼聚糖分子鏈上接枝上聚乙二醇，發現在堿性條件下，殼聚糖骨架鏈表現出疏水性質，而聚乙二醇鏈則表現的是親水性，這種改性殼聚糖在水溶液中可以發生膠束化，從而自組裝形成核殼型納米粒子。這種制備方法條件溫和，而且粒子表面存在大量的親水性基團或離子基團，因此一類親水性強的大分子藥物，如牛血清白蛋白、多肽、胰島素等便容易通過靜電或者氫鍵相互作用結合在粒子表面。Sun W等[16]利用改性殼聚糖自組裝形成納米粒載依諾肝素，考察了納米粒形成的影響因素。通過研究發現，體系pH、殼聚糖與依諾肝素的質量比、殼聚糖的濃度、分子量和結構均對納米粒的形成有影響，可以通過使用不同的殼聚糖衍生物來調節納米粒的粒徑、電荷和外觀形狀等理化性質。劉占軍等[17]通過在殼聚糖上接枝醋酸乙烯酯，在水溶液中制備了具疏水核心和親水表面的納米粒，再通過混合紫杉醇制備載藥納米粒子。殼聚糖納米粒和載藥納米粒的粒徑分別為196 nm和320 nm，粒子表面均帶有正電荷。由于這類方法的許多優點，有關這方面的研究越來越引起人們的重視。

1.5 大分子復合法

通過殼聚糖陽離子與另外一種負電荷的大分子藥物，利用兩種聚離子的相互作用從而使殼聚糖的溶解度降低而凝聚，在一定條件下形成納米微粒。周旭等[18]通過該方法制備了抗毒酶基因納米粒，通過正交設計法，得出了最佳反應條件，所制備的納米粒子粒徑在100 nm以下，平均Zeta電位是（15.9±6.3）mV。劉振華等[19]采用大分子復合法制備了載基因納米粒子，并且對它的體外相關性質進行了初步研究，其結果顯示：納米粒子形態規則，大多呈球形，粒徑小，分布窄，包封率大于90%，載藥量也達到了30%。利用大分子復合原理，近年來有不少研究者將殼聚糖同生物活性大分子DNA進行反應復合形成納米粒，進而將其作為基因或者蛋白藥物的載體。

2 殼聚糖納米粒在靶向給藥系統中的應用

2.1 組織靶向給藥

靶向給藥系統是指借助載體、配體或抗體將藥物通過局部給藥胃腸道或全身血液循環而選擇性地濃集定位于靶器官、靶組織、靶細胞或細胞內結構的給藥系統。實現組織靶向能夠帶來較高的瘤內濃度，提高分子和受體的特異性配體間受體，從而達到主動靶向。殼聚糖納米粒制成的靶向制劑可以到達不同的靶向部位而提高藥物治療作用。

Son YJ等[20]用物理捕獲法將阿霉素裝進乙二醇-殼聚糖納米粒，將其注射到荷瘤鼠尾部靜脈中，發現其主要分布在腎、腫瘤及肝臟中，其含量在8 d內均保持在一個較高水平，在腫瘤組織中分布逐漸增多，抑制腫瘤生長超過10 d。湯愛國等[21]制備了O-羧甲基乳糖酰化殼聚糖-聚乳酸阿霉素納米粒。動物實驗中靜脈注射同等劑量不同劑型的阿霉素藥物，用熒光光度計測量。結果半乳糖化修飾后納米粒的肝靶向性明顯增強，肝外器官的濃度明顯降低。證明了O-羧甲基乳糖酰化殼聚糖-聚乳酸阿霉素納米粒對正常大鼠肝臟具有明顯的靶向性。Hou ZQ等[22]利用葉酸和聚乙二醇進行功能化修飾，制備殼聚糖絲裂霉素納米粒，通過噻唑藍比色試驗、激光共聚焦和對荷H22小鼠的肝實體瘤抑制率試驗，發現該納米粒始終大部分在肝部富集，也表明了其具有組織靶向、長循環以及治療腫瘤的特性。

2.2 細胞內靶向給藥

一般說來，腫瘤細胞具有比正常細胞表面更多的負電荷。殼聚糖納米粒所帶的正電荷對腫瘤細胞表面具有選擇性吸附和電中和作用，且殼聚糖還具有直接抑制腫瘤細胞的作用，并通過活化免疫系統促進人體抗腫瘤作用，從而與抗腫瘤藥發揮協同作用。

You J等[23]設計合成了硬脂酸殼聚糖，其在水中能自組裝形成具有類似糖結構的、含多個疏水區域的膠束。細胞毒性實驗證明，紫杉醇膠束制劑的細胞毒性高于游離紫杉醇，原因是膠束介導的跨膜轉運極大地增加了藥物在細胞內的濃度。熒光圖像也提示細胞對膠束有良好的內攝作用，包埋于膠束的紫杉醇可以被轉運入細胞并定位于細胞質。Veiseh O等[24]制備了涂有生物相容性的聚乙烯乙二醇-Fe3O4殼聚糖納米粒，建立了腦部腫瘤的大鼠模型，通過體內核磁共振成像以及組織學和生物學的分析，證明了合成物是無毒性的，而且能夠輪廓清晰地持續保留在腫瘤上。說明涂有生物相容性的聚乙烯乙二醇-Fe3O4殼聚糖納米粒可以被潛在地用于診斷和治療多種腫瘤類型。Sahu SK等[25]研制的載多柔比星的葉酸-羥甲基殼聚糖納米粒與HeLa細胞株特異性結合，并發現載藥納米主要分布在細胞漿內，考慮此現象與葉酸受體介導的內吞作用相關。徐強[26]采用復合乳液溶劑揮發和界面交聯技術制備了葉酸偶聯殼聚糖載羥基喜樹堿納米藥物制劑，在體外模擬釋放介質中表現出明顯的先快速后緩慢釋藥的現象。這種現象可使藥物進入體內后，首先快速殺死血液中殘留的腫瘤細胞，然后與腫瘤組織細胞表面受體結合，經內吞進入細胞，發揮緩釋效能。

2.3 基因靶向傳遞

基因治療在替代功能障礙基因和腫瘤治療方面具有良好的應用前景。在基因治療過程中最重要的是選擇合適的基因靶向傳遞系統。非病毒載體主要有裸DNA、脂質體、陽離子多聚物等，殼聚糖納米粒子屬于陽離子多聚物，它作為非病毒基因轉運載體越來越受到更多學者的關注[27]。為了提高殼聚糖載基因納米粒在體內的轉染效率，常通過提高納米粒對靶細胞的特異識別和結合、提高納米粒的穿膜作用及通過各樣修飾促進在細胞質中的擴散、抵抗核酸酶的降解作用和促進進入細胞核的作用，達到提高納米粒在細胞內的轉運和載基因表達的效果[28]。

Bhattarai SR等[29]制備出N-乙酞殼聚糖-金納米粒（Nac-6-Au），它可與DNA結合作為基因傳遞載體。體內和體外實驗都證實了Nac-6-Au納米粒作為基因傳遞載體對細胞具有較高的轉染率，且轉染率的高低與細胞種類有關。該載體對于MCF-7乳腺癌細胞的轉染率很高，這種特性可能會應用于乳腺癌基因治療中靶向定位基因傳遞。Zheng Y等[30]在用葉酸修飾的N-三甲基殼聚糖（folate-TMC）作為基因載體的研究中也得出，基因轉染效率隨著氮磷比（N/P）的增大而提高，folate-TMC/pDNA復合物在葉酸受體過量表達的細胞系上的基因轉染效率是TMC/pDNA復合物的1.6倍。Morris VB等[31]對組氨酸修飾的三甲基殼聚糖（HTMC）進行聚乙二醇和葉酸（PEG-FA）衍生化，然后通過介導熒光素酶的表達來考察聚乙二醇和葉酸修飾的三甲基殼聚糖（HTMCPEG-FOL）衍生物（HTFP）在KB細胞上的基因轉染效率。結果顯示，PEG-FA衍生化的HTMC的轉染效率明顯高于聚合物本身。

3 結語

殼聚糖納米粒作為一種新型的藥物載體，其在緩控釋和靶向等藥劑學的前沿領域中取得了巨大的進展。根據殼聚糖的結構特點和藥物本身性質，載藥殼聚糖納米粒可以通過多種方法制備獲得。殼聚糖納米粒特別適合于抗腫瘤藥物、基因、蛋白質、多肽等生物活性大分子藥物的包載，已成為靶向和緩控釋研究的熱點，具有廣闊的應用前景。隨著科研的不斷發展進步，殼聚糖納米粒將踏入更加廣泛的藥物治療領域，在眾多化學合成藥和天然藥物中取得更大的突破。

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