蛋白質(zhì)微膠囊的研究進(jìn)展

賀曉琳滕凱郭淑元

（1. 北京理工大學(xué)生命學(xué)院，北京 100081；2. 北京星航機(jī)電裝備有限公司，北京 100074）

蛋白質(zhì)微膠囊的研究進(jìn)展

賀曉琳1滕凱2郭淑元1

（1. 北京理工大學(xué)生命學(xué)院，北京 100081；2. 北京星航機(jī)電裝備有限公司，北京 100074）

蛋白質(zhì)藥物具有易降解和失活的特點(diǎn)，如何保持蛋白活性使其有效發(fā)揮作用成為蛋白質(zhì)藥物應(yīng)用的一大難題。微膠囊技術(shù)致力于將蛋白質(zhì)包封于囊內(nèi)以與外界環(huán)境隔絕，達(dá)到保護(hù)蛋白質(zhì)的作用。主要綜述了幾種裝載蛋白質(zhì)的微膠囊的制備方法，包括層層自組裝法、乳化法、靜電液滴生成法等，旨在為蛋白質(zhì)微膠囊的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

蛋白質(zhì)；微膠囊；裝載與釋放；pH值

微膠囊技術(shù)是一種利用成壁材料形成特定結(jié)構(gòu)以隔離囊內(nèi)外空間的技術(shù)，能夠高效保護(hù)囊內(nèi)物質(zhì)免于外界不良環(huán)境的侵?jǐn)_，被認(rèn)為是目前最好的控制釋放的載體工具之一。隨著科學(xué)研究的不斷發(fā)展，微膠囊技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，包括藥物控釋、食品、環(huán)境、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域［1］。近年來(lái)，蛋白質(zhì)作為一種生物活性物質(zhì)有越來(lái)越多的應(yīng)用價(jià)值，尤其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，以蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)的藥物在診斷、治療各種疾病中扮演重要角色。然而，蛋白質(zhì)易降解、易失活的特點(diǎn)大大阻礙其發(fā)展。微膠囊技術(shù)可以將蛋白質(zhì)（如牛血清白蛋白、胰島素、殺蟲(chóng)晶體蛋白等）包埋于微膠囊內(nèi)以保護(hù)蛋白活性，使其在特定環(huán)境發(fā)揮重要作用。本文綜述了幾種蛋白質(zhì)微膠囊的制備方法，歸納了近年來(lái)利用微膠囊技術(shù)包封蛋白質(zhì)的研究進(jìn)展，為提高蛋白質(zhì)的生物活性提供新思路。

1 利用層層自組裝法制備蛋白質(zhì)微膠囊

層層自組裝法（layer by layer，LbL）即利用帶正、負(fù)電荷的物質(zhì)通過(guò)靜電相互作用層層交替沉積制備薄膜或膠囊的自組裝技術(shù)，起源于1966年。后來(lái)，科學(xué)家們不斷將這種技術(shù)拓展延伸，發(fā)展為利用分子間各種相互作用的自組裝技術(shù)，如氫鍵［2］、共價(jià)鍵［3］和堿基互補(bǔ)作用［4］等。LbL技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠在納米尺度上對(duì)膠囊的大小、形狀、組成、厚度及結(jié)構(gòu)形態(tài)等進(jìn)行準(zhǔn)確控制［5］。

1.1 以蛋白質(zhì)為核心的微膠囊

1.1.1 蛋白質(zhì)與無(wú)機(jī)顆?；旌蠘?gòu)成核心制備微膠囊許多研究者在微膠囊模板制備過(guò)程中將蛋白質(zhì)與無(wú)機(jī)顆?；旌瞎餐瑯?gòu)成核心，然后利用帶相反電荷的聚電解質(zhì)進(jìn)行層層沉積，去核后形成包封蛋白質(zhì)的微膠囊（圖1）。

圖1 以蛋白質(zhì)與無(wú)機(jī)顆?；旌蠟楹诵牡奈⒛z囊制備示意圖

牛血清白蛋白（BSA）在微膠囊包封中是一種模式蛋白質(zhì)藥物，許多研究者都利用BSA來(lái)研究具有保護(hù)和控釋性能的微膠囊。Shen等［1］在CaCO3與BSA共沉淀得到的模板上進(jìn)行聚烯丙胺鹽酸鹽（PAH）和聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）層層自組裝，去核并經(jīng)熱處理后得到包封BSA凝膠的微膠囊。BSA的等電點(diǎn)為pI4.8，在不同pH條件下能帶相反電荷以吸引抗癌藥物阿霉素（DOX）進(jìn)入囊內(nèi)，并且對(duì)DOX進(jìn)行pH控釋，實(shí)現(xiàn)了藥物在膠囊內(nèi)的積累和良好的pH控釋性能。Wang等［6］在蛋白質(zhì)（BSA、CAT）與CaCO3共沉淀得到的模板上包裹含有兒茶酚的海藻酸鈉（AlgDA），去核過(guò)程中發(fā)生邁克爾加成和希夫堿反應(yīng)形成超薄堅(jiān)固的蛋白質(zhì)微膠囊。CAT-AlgDA微膠囊具有耐酸、耐高溫的優(yōu)良特性，能夠保護(hù)囊內(nèi)蛋白質(zhì)活性穩(wěn)定。Volodkin等［7，8］利用CaCO3多孔的特點(diǎn)通過(guò)物理吸附法使蛋白質(zhì)自發(fā)聚集，制備聚電解質(zhì)PAH/PSS微膠囊網(wǎng)絡(luò)。因等電點(diǎn)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的不同，不同蛋白質(zhì)在相同pH條件下的吸附量不同，該特點(diǎn)為操縱吸附-解吸附動(dòng)力學(xué)提供工具，也為pH控釋研究提供新方法。Endo等［9］以摻雜PSS-抗生物素蛋白的CaCO3為模板，去核后制備包封抗生物素蛋白的微膠囊。該微膠囊能夠釋放抗生物素蛋白，也能利用抗生物素蛋白吸引生物素進(jìn)入囊內(nèi)，并且在外界環(huán)境中加入生物素后而釋放被裝載的生物素，pH9.0時(shí)釋放率最高。

Petrov等［10］分別利用物理吸附法和共沉淀法制備含不同蛋白質(zhì)（BSA、α-胰凝乳蛋白酶、溶菌酶）的CaCO3模板并利用PAH和PSS制備微膠囊。研究發(fā)現(xiàn)，共沉淀法制備的模板更光滑，對(duì)蛋白質(zhì)的吸附效率更高。同時(shí)，Labala等［11］也發(fā)現(xiàn)，共沉淀法制備的微膠囊更穩(wěn)定，對(duì)BSA的包封率是物理吸附法的4倍。

殼聚糖是自然界中唯一大量存在的堿性多糖，天然無(wú)毒、具有生物相容性和生物可降解性且價(jià)格低廉，在造紙、材料、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值［12］。其 pKa大約為6.3［13］，可以與多種天然陰離子生物材料形成聚電解質(zhì)復(fù)合物。Shu等［14］以β-環(huán)糊精共軛的SiO2微球?yàn)槟０鍋?lái)吸附BSA，而后利用硫酸葡聚糖和半胱胺共軛的殼聚糖進(jìn)行層層沉積，氯胺T處理得到二硫鍵梯度交聯(lián)的囊壁，去核后形成裝載BSA的微膠囊。該微膠囊中每層殼聚糖上的巰基（SH）成遞增趨勢(shì)。模擬胃液（pH1.4）和細(xì)胞外環(huán)境（pH6.8）中的釋放研究發(fā)現(xiàn)，BSA釋放率很低，而加入谷胱甘肽（GSH）還原二硫鍵以破壞囊壁結(jié)構(gòu)對(duì)于BSA的釋放具有顯著提升作用，同時(shí)二硫鍵還原后的微膠囊仍具有一定pH響應(yīng)性。研究表明，該交聯(lián)微膠囊能夠增強(qiáng)蛋白質(zhì)藥物在酸性和生理pH環(huán)境中的穩(wěn)定性，減少胃腔引起的蛋白質(zhì)藥物的損失，并在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)GSH處理而釋放藥物。

1.1.2 無(wú)機(jī)模板去除后裝載蛋白質(zhì)制備微膠囊 另一種以蛋白質(zhì)為核心的微膠囊制備方法即為將外部蛋白質(zhì)裝載進(jìn)入中空微膠囊（圖2）。在藥物控釋領(lǐng)域，選擇生物相容性和生物可降解性物質(zhì)作為載藥材料對(duì)研究者而言具有重要意義［15］。羧甲基纖維素鈉（CMC）是一種廉價(jià)的纖維素多陰離子聚多糖衍生物，在制藥和化妝品行業(yè)有廣泛應(yīng)用。Tripathy等［15］在摻雜CMC的CaCO3模板上通過(guò)LbL技術(shù)制備（PAH/CMC）2中空微膠囊，研究其對(duì)BSA的裝載與釋放能力。研究發(fā)現(xiàn)，微膠囊在pH3.5的酸性環(huán)境中能夠大量裝載BSA，而在pH7.4的中性環(huán)境因電荷排斥而大量釋放BSA，實(shí)現(xiàn)了pH控制的裝載與釋放，使該微膠囊有望成為一種生物相容性智能藥物載體。Shutava等［16］利用單寧酸和殼聚糖制備的包封蛋白質(zhì)的納米微膠囊也能夠在pH驅(qū)動(dòng)下對(duì)BSA進(jìn)行裝載與釋放，這一特點(diǎn)利于藥物封裝與運(yùn)輸。

圖2 無(wú)機(jī)模板去除后裝載蛋白質(zhì)的微膠囊制備示意圖

Studer等［17］利用聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDADMAC）和PSS制備中空微膠囊裝載抗生物素蛋白和抗生蛋白鏈菌素，通過(guò)電穿孔法導(dǎo)入細(xì)胞，在細(xì)胞內(nèi)通過(guò)溶酶體釋放膠囊內(nèi)容物，構(gòu)成一種蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)。Zheng等［18］利用PAH和Fe3O4制備控釋胰島素的高磁響應(yīng)性多層微膠囊。該微膠囊對(duì)胰島素的包封率達(dá)到92.08%±5.57%，能夠在外部連續(xù)交變磁場(chǎng)中提高微膠囊透過(guò)性而大量釋放胰島素，而在無(wú)磁場(chǎng)情況下只有低于10%的釋放量。本課題組的楊文慧（Yang）等［19］以摻雜PSS的CaCO3為模板制備（PAH/PSS）2-PAH中空微膠囊，在pH3.0時(shí)裝載具有殺蟲(chóng)活性的蘇云金芽胞桿菌Cry1Ac蛋白，在與靶標(biāo)昆蟲(chóng)中腸環(huán)境相似的pH10.2環(huán)境中有效釋放Cry1Ac蛋白，而該pH值在正常環(huán)境中極少存在。同時(shí)，該膠囊劑型能夠有效抵抗環(huán)境壓力，使囊內(nèi)蛋白免于受到使其降解甚至失活的高溫和干燥環(huán)境的影響，為蛋白質(zhì)提供保護(hù)作用。

1.2 以蛋白質(zhì)為壁材的微膠囊

近年來(lái)，研究者不僅將蛋白質(zhì)作為核心制備包封蛋白質(zhì)的微膠囊，還將關(guān)注點(diǎn)放到了利用蛋白質(zhì)、多糖、多肽等物質(zhì)作為壁材包封在無(wú)機(jī)模板上制備聚電解質(zhì)微膠囊的研究上［20］。

Endo等［21］以摻雜PSS的CaCO3為模板制備PAH/PSS-（抗生物素蛋白/PSS）5-PAH/PSS微膠囊，去核后利用生物素與抗生物素蛋白之間的相互作用高效裝載生物素，并且固定小分子物質(zhì)和功能性蛋白質(zhì)。當(dāng)外界環(huán)境中存在生物素時(shí)，被添加的生物素能夠競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合抗生物素蛋白的結(jié)合位點(diǎn)，因而釋放囊內(nèi)生物素。這種基于生物素-抗生物素蛋白相互作用的微膠囊能夠推動(dòng)功能型微膠囊的發(fā)展。An等［22］制備裝載布洛芬的人血清白蛋白（HSA）/L-α-二肉豆蔻酰磷脂酸（DMPA）微膠囊。未包裹的藥物在pH7.4環(huán)境中很快完全溶解，而微膠囊內(nèi)的藥物在相同環(huán)境中的溶解時(shí)間顯著延長(zhǎng)，并且隨包封層數(shù)的增加而延長(zhǎng)，表明微膠囊能夠?qū)Σ悸宸宜幬锲鸬骄忈屪饔谩?/p>

1.3 核心與壁材均為蛋白質(zhì)的微膠囊

利用蛋白質(zhì)或多肽作為壁材制備微膠囊來(lái)裝載蛋白質(zhì)可以提高微膠囊的生物相容性和生物可降解性。Zheng等［23］以載胰島素的SiO2-NH2微球?yàn)槟０謇脷ぞ厶桥c聚（L-天冬氨酸）間的二硫鍵制備的微膠囊能夠在GSH存在的情況下釋放囊內(nèi)蛋白質(zhì)，且釋放量隨GSH濃度升高而升高。該膠囊無(wú)細(xì)胞毒性，可以通過(guò)黏膜給藥（如鼻、腸黏膜）改善糖尿病治療。Zhao等［20］以具有生物降解性的聚（L-賴氨酸）和硫酸軟骨素為壁材制備微膠囊，后用戊二醛對(duì)微膠囊進(jìn)行共價(jià)交聯(lián)以提高微膠囊穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，在pH3.8時(shí)，微膠囊對(duì)BSA的裝載量最大，而在pH7.4時(shí)釋放60%BSA，且隨時(shí)間延長(zhǎng)，釋放量增加。這種微膠囊可用于控制局部藥物輸送，在減少全身副作用和增加藥物療效方面有一定優(yōu)勢(shì)。Balabushevich等［24］制備硫酸葡聚糖/魚(yú)精蛋白微膠囊，通過(guò)改變pH來(lái)調(diào)節(jié)過(guò)氧化物酶的裝載與釋放量，在生物分離系統(tǒng)具有潛在應(yīng)用價(jià)值。本課題組的李峰（Li）等［25］以PAH與蘇云金芽胞桿菌殺蟲(chóng)蛋白Cry8Ca2為壁材制備微膠囊，去核后進(jìn)一步裝載Cry8Ca2蛋白。該方法提高了殺蟲(chóng)蛋白的包封率，延長(zhǎng)了活性蛋白的持效期，并且能夠有效抵抗蛋白酶K對(duì)Cry8Ca2蛋白的降解。

Zhi等［26］以摻雜葡萄糖氧化酶（GOx）的CaCO3為模板，以多肽聚（L-賴氨酸）和聚（L-谷氨酸）為壁材制備的新型微膠囊在加入PEG300后能夠有效提高膠囊對(duì)GOx的包封率，這種固有的具有生物相容性的微膠囊在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景更加廣闊。Yu等［27］也利用多孔SiO2微球吸附過(guò)氧化氫酶（CAT）作為模板，制備聚（L-賴氨酸）/聚（L-谷氨酸）微膠囊。研究發(fā)現(xiàn)，CAT在膠囊內(nèi)能夠保持56%的活性，并且改變pH條件和增加鹽分能夠改變膠囊透過(guò)性，從而釋放蛋白質(zhì)。

2 利用乳化法制備蛋白質(zhì)微膠囊

一種基于水相與油相結(jié)合的制備微膠囊的方法名為乳化法。蛋白質(zhì)和多肽對(duì)環(huán)境非常敏感，易酶解、聚集、吸附和變性。其他物理因素包括大小、電荷和溶解度等也會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)和多肽吸附產(chǎn)生影響［28］。乳化法能夠利用生物相容性材料對(duì)蛋白質(zhì)實(shí)現(xiàn)有效包封，并防止囊內(nèi)蛋白質(zhì)失活。

2.1 膜乳化法與復(fù)相乳化法

膜乳化法是一種基于水/油乳液體系的膜乳化工藝（圖3）。Zhou等［30］以BSA為不連續(xù)相，以含有2wt%乳化劑Span 80的對(duì)苯二甲酰氯飽和甲苯溶液為連續(xù)相進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，蛋白質(zhì)在水油界面交聯(lián)而生成半透膜表面屏障，制備出包封BSA的微膠囊。囊內(nèi)BSA無(wú)法從表面屏障滲出，而當(dāng)引入胃蛋白酶后，膠囊表面因酰胺鍵斷裂而被破壞，封裝的BSA得以快速釋放。Pessi等［28］通過(guò)雙相流動(dòng)制備水-油-水（W/O/W）雙乳膠液滴微膠囊包封BSA。這種利用微流體技術(shù)制備的微膠囊對(duì)BSA的包封量能夠達(dá)到84%±10.5%，這個(gè)值相比之前報(bào)道的包封量要高得多。同時(shí)，該膠囊也具有單分散性，孔隙率低，穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，在治療性蛋白質(zhì)的藥物輸送系統(tǒng)中具有很大潛力。Chen等［31］采用復(fù)相乳化法（雙乳溶劑提取法）制備多氨基酸共聚物微膠囊包封BSA。研究表明，乳化劑Span 80與Tween 80的比例與濃度、外部水相中苯甲醇的加入、聚合物的濃度等都明顯影響微膠囊的尺寸、形態(tài)和BSA包封率。阮傳清等［32］以pH依賴的羥丙基甲基纖維素苯二甲酸酯（HPMCP）為壁材制備包封蘇云金芽胞桿菌殺蟲(chóng)晶體蛋白的W/O/W腸溶性微膠囊。該微膠囊能夠在與靶標(biāo)昆蟲(chóng)中腸相似的pH8.5環(huán)境中快速崩解而釋放殺蟲(chóng)晶體蛋白。黃珊珊等［33］以具有生物相容性的聚乳酸（PLA）和聚（乳酸-羥基乙酸）（PLGA）共聚物為材料，利用膜乳化與復(fù)相乳化結(jié)合的方法制備包封溶菌酶的微膠囊。制備過(guò)程中，溶菌酶在水油界面容易產(chǎn)生吸附變性而失活。加入添加劑PEG400等可以明顯提高溶菌酶的包封率，并且有效減少活性損失，防止蛋白失活。

圖3 利用膜乳化法制備蛋白質(zhì)微膠囊的示意圖［29］

利用乳化法包封蛋白質(zhì)藥物的一大挑戰(zhàn)是蛋白質(zhì)/多肽在微膠囊制備、儲(chǔ)存、釋放過(guò)程中容易失活。究其原因是由于當(dāng)接觸油相、油/水界面或疏水性表面時(shí)，蛋白質(zhì)容易發(fā)生折疊和聚集而失活［34］。此外，在乳液制備過(guò)程中，剪切力對(duì)蛋白質(zhì)變性的影響也很大［35］。而這些變性的蛋白質(zhì)很可能會(huì)造成不可預(yù)知的危害，包括毒性和免疫原性等［29］。為了防止蛋白質(zhì)失活，研究者總結(jié)了一些策略［29］。對(duì)PLA/PLGA微膠囊而言，在W/O/W乳劑的水相中加入添加劑能夠防止溶菌酶失活，這與黃珊珊的研究結(jié)果相一致；乙酸乙酯快速凝固技術(shù)可以有效縮短蛋白質(zhì)在水油界面的接觸時(shí)間，防止牛血紅蛋白（BHb）失活；在疏水性PLA序列中引入親水性序列聚乙二醇（PEG）構(gòu)成PLA-PEG（PLEA）能夠防止重組人生長(zhǎng)激素（rhGH）接觸疏水性材料，有效提高包封率和蛋白活性。對(duì)殼聚糖微膠囊而言，采用分步交聯(lián)法可以防止蛋白質(zhì)在制備過(guò)程中產(chǎn)生聚集，提高胰島素釋放量；溫敏型的自固化系統(tǒng)可以替代化學(xué)交聯(lián)而通過(guò)升溫使殼聚糖交聯(lián)成微膠囊，減少蛋白質(zhì)聚集對(duì)BSA活性產(chǎn)生的影響；制備多孔殼聚糖微球吸附BSA可以提高蛋白質(zhì)包封率，并且使蛋白質(zhì)持續(xù)釋放。

2.2 乳化/內(nèi)部凝膠法

乳化/內(nèi)部凝膠法制備微膠囊使用的材料通常為海藻酸鈉。海藻酸鈉是一種具有生物相容性和生物可降解性的線性陰離子天然多糖類化合物，由古洛糖醛酸（G段）與其立體異構(gòu)體甘露糖醛酸（M段）兩種結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成。其分子鏈上含有大量羧基，能與多種二價(jià)陽(yáng)離子相互作用形成凝膠［12］。微膠囊制備過(guò)程中，包含目標(biāo)蛋白的海藻酸鈉溶液通過(guò)擠壓形成液滴，然后進(jìn)入二價(jià)交聯(lián)溶液中，如Ca2+、Sr2+和Ba2+，誘導(dǎo)形成海藻酸鈉凝膠微球［36］；或者在海藻酸鈉溶液中引入不溶性鈣鹽分散在油相中形成W/O乳液，而后通過(guò)油溶性酸進(jìn)行酸化處理而使鈣離子解離，最終與海藻酸鈉反應(yīng)形成凝膠［37］。

Silva等［37］利用乳化/內(nèi)部凝膠法制備海藻酸鈉凝膠微膠囊裝載胰島素，通過(guò)添加聚陰離子聚合物添加劑（硫酸纖維素、硫酸葡聚糖和多聚磷酸鹽等）和在微膠囊表面增加殼聚糖涂層來(lái)加固微膠囊，提高胰島素包封率，增強(qiáng)胰島素對(duì)胃環(huán)境（pH 1.2）的抵抗力，并實(shí)現(xiàn)在腸道環(huán)境（pH 6.8）的持續(xù)釋放。García-Gutiérrez等［38］將乳化/內(nèi)部凝膠法應(yīng)用于對(duì)蘇云金芽胞桿菌殺蟲(chóng)晶體蛋白與芽胞集合體的包封，實(shí)現(xiàn)其對(duì)紫外輻射的有效抵抗。研究發(fā)現(xiàn)，微膠囊對(duì)UV-C短期照射有良好抵抗作用，能夠使芽胞活性保持在90%以上；對(duì)于潮濕微膠囊樣品，芽胞活性可在UV-B長(zhǎng)期照射后保持在50%以上，而晶體活性也可保持在43%；但是干燥后再經(jīng)UV-B長(zhǎng)期照射會(huì)明顯降低胞晶集合體的活性。

3 利用靜電液滴生成法制備蛋白質(zhì)微膠囊

靜電液滴生成技術(shù)是另一種利用海藻酸鈉制備微膠囊的新型技術(shù)，即利用靜電引力破壞毛細(xì)管和針尖之間的絲狀液體，使之形成帶電小液滴，制備凝膠珠。其優(yōu)點(diǎn)在于操作可控可重復(fù)、粒徑均一、在應(yīng)力狀態(tài)下制備，且不使用任何破壞蛋白活性的有機(jī)溶劑［39］。

Mi等［40］利用靜電液滴生成技術(shù)成功制備N，O-羧甲基殼聚糖包裹的海藻酸鈉微膠囊。即將含有BSA的海藻酸鈉溶液注入到連接高電壓直流裝置的注射器內(nèi)，而后擠壓到CaCl2溶液中，促使Ca2+交聯(lián)的海藻酸鈉液滴形成包含BSA的海藻酸鈣微粒。研究表明，N，O-羧甲基殼聚糖包裹的海藻酸鈉微膠囊對(duì)pH的響應(yīng)性優(yōu)于原始的海藻酸鈉微膠囊和殼聚糖包裹的海藻酸鈉微膠囊。

4 利用其他方法制備蛋白質(zhì)微膠囊

王春蕾、崔學(xué)軍（Cui）等［41，42］采用聲化學(xué)法，將BSA水相與含有磁性Fe3O4納米粒子的油相結(jié)合，在水相和油相界面進(jìn)行快速超聲輻射，制備具有生物相容性和生物可降解性的磁性蛋白質(zhì)微膠囊。該微膠囊能隨磁鐵方向發(fā)生定向移動(dòng)，具有良好的磁性，并且可以繼續(xù)裝載疏水性藥物，在磁性靶向藥物運(yùn)輸方面將得到廣泛應(yīng)用。

5 結(jié)語(yǔ)

蛋白質(zhì)是一種具有生物活性的大分子物質(zhì)，對(duì)生物體生長(zhǎng)發(fā)育起重要作用?；谄渚哂械亩喾N生理功能，近年來(lái)科學(xué)家越來(lái)越關(guān)注于對(duì)蛋白質(zhì)藥物的研究，無(wú)論是生物醫(yī)藥領(lǐng)域，還是生物農(nóng)藥領(lǐng)域。然而，蛋白質(zhì)活性的保持對(duì)環(huán)境的pH值要求很嚴(yán)格，強(qiáng)酸或強(qiáng)堿都會(huì)引起變性失活。聚電解質(zhì)微膠囊因其良好的基于pH控制的裝載與釋放性能而迅速發(fā)展，將其運(yùn)用于對(duì)蛋白質(zhì)藥物的保護(hù)不僅具有高效包封率、提高了蛋白質(zhì)的活性，更擴(kuò)大了蛋白質(zhì)的應(yīng)用范圍，使其可以與其他藥物在微膠囊內(nèi)結(jié)合，釋放后共同發(fā)揮作用。另外，在生物農(nóng)藥領(lǐng)域，包封在微膠囊內(nèi)的蛋白類農(nóng)藥能夠有效抵抗外界多種不良環(huán)境，促進(jìn)了生物農(nóng)藥的擴(kuò)大發(fā)展。

現(xiàn)研究的蛋白質(zhì)微膠囊也存在一定技術(shù)性問(wèn)題，如有些制備方法較繁瑣［6］、有機(jī)溶劑的參與和去核時(shí)的pH變化易導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性［6-8，20，31］、靜電吸引制備的微膠囊由于結(jié)合力弱易造成模板破裂［23］等。因此，有效解決微膠囊制備過(guò)程中所面臨的技術(shù)性難題，在更加溫和的條件下采用生物相容性和生物可降解性材料封裝蛋白質(zhì)等生物活性材料可以保證蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，最大限度減少蛋白質(zhì)變性、暴露等［6，7，31，37］，同時(shí)，采用共價(jià)鍵、氫鍵等鍵鍵結(jié)合的方式進(jìn)行微膠囊制備可以提高膠囊穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)有效控釋［23］。

蛋白質(zhì)微膠囊因其高效的蛋白質(zhì)包封率和良好的pH控釋性能而得到飛速發(fā)展，在理論研究方面成果豐碩，在商業(yè)應(yīng)用方面也初露鋒芒。相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，蛋白質(zhì)微膠囊一定會(huì)向產(chǎn)業(yè)化方向高速進(jìn)軍。

［1］Shen HJ, Shi H, Ma K, et al. Polyelectrolyte capsules packaging BSA gels for pH-controlled drug loading and release and their antitumor activity［J］. Acta Biomater, 2013, 9（4）：6123-6133.

［2］Kozlovskaya V, Sukhishvili SA. Amphoteric hydrogel capsules：multiple encapsulation and release routes［J］. Macromolecules, 2006, 39（18）：6191-6199.

［3］Saurer EM, Flessner RM, Buck ME, et al. Fabrication of covalently crosslinked and amine-reactive microcapsules by reactive layerby-layer assembly of azlactone-containing polymer multilayers on sacrificial microparticle templates［J］. J Mater Chem, 2011, 21（6）：1736-1745.

［4］Cavalieri F, Postma A, Lee L, et al. Assembly and functionalization of DNA-polymer microcapsules［J］. ACS Nano, 2009, 3（1）：234-240.

［5］Caruso F. Hollow capsule processing through colloidal templating and self-assembly［J］. Chem Eur J, 2000, 6（3）：413-419.

［6］Wang XL, Shi JF, Jiang ZY, et al. Preparation of ultrathin, robust protein microcapsules through template-mediated interfacial reaction between amine and catechol groups［J］. Biomacromolecules, 2013, 14（11）：3861-3869.

［7］Volodkin DV, Larionova NI, Sukhorukov GB. Protein encapsulation via porous CaCO3microparticles templating［J］. Biomacromolecules, 2004, 5（5）：1962-1972.

［8］Volodkin DV, Petrov AI, Prevot M, et al. Matrix polyelectrolyte microcapsules：new system for macromolecule encapsulation［J］. Langmuir, 2004, 20（8）：3398-3406.

［9］Endo Y, Sato K, Anzai J. Preparation of avidin-containing polyelectrolyte microcapsules and their uptake and release properties［J］. Polym Bull, 2011, 66（5）：711-720.

［10］Petrov AI, Volodkin DV, Sukhorukov GB. Protein-calcium carbonate coprecipitation：a tool for protein encapsulation［J］. Biotechnol Prog, 2005, 21（3）：918-925.

［11］Labala S, Mandapalli PK, Bhatnagar S, et al. Encapsulation of albumin in self-assembled layer-by-layer microcapsules：comparison of co-precipitation and adsorption techniques［J］. Drug Dev Ind Pharm, 2015, 41（8）：1302-1310.

［12］占英英. 可控制釋放微膠囊的制備和釋放性能研究［D］. 哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué), 2010.

［13］Simsek-Ege FA, Bond GM, Stringer J. Polyelectrolyte complex formation between alginate and chitosan as a function of pH［J］. J Appl Polym Sci, 2003, 88（2）：346-351.

［14］Shu SJ, Zhang XG, Wu ZM, et al. Gradient cross-linked biodegradable polyelectrolyte nanocapsules for intracellular protein drug delivery［J］. Biomaterials, 2010, 31（23）：6039-6049.

［15］Tripathy J, Raichur AM. Designing carboxymethyl cellulose based layer-by-layer capsules as a carrier for protein delivery［J］. Colloids Surf B Biointerfaces, 2013, 101：487-492.

［16］Shutava TG, Lvov YM. Nano-engineered microcapsules of tannic acid and chitosan for protein encapsulation［J］. J Nanosci Nanotechnol, 2006, 6（6）：1655-1661.

［17］Studer D, Palankar R, Bédard M, et al. Retrieval of a metabolite from cells with polyelectrolyte microcapsules［J］. Small, 2010, 6（21）：2412-2419.

［18］Zheng C, Ding YJ, Liu XQ, et al. Highly magneto-responsive multilayer microcapsules for controlled release of insulin［J］. Int J Pharm, 2014, 475（1-2）：17-24.

［19］Yang WH, He KL, Zhang J, et al. pH-controlled Bacillus thuringiensis Cry1Ac protoxin loading and release from polyelectrolyte microcapsules［J］. PLoS One, 2012, 7（9）：e45233.

［20］Zhao QH, Li BY. pH-controlled drug loading and release from biodegradable microcapsules［J］. Nanomed-Nanotechnol, 2008, 4（4）：302-310.

［21］Endo Y, Sato K, Sugimoto K, et al. Avidin/PSS membrane microcapsules with biotin-binding activity［J］. J Colloid Interf Sci, 2011, 360（2）：519-524.

［22］An ZH, Lu G, M?hwald H, et al. Self-assembly of human serum albumin（HAS）and L-α-dimyristoylphosphatidic acid（DMPA）microcapsules for controlled drug release［J］. Chem Eur J, 2004, 10（22）：5848-5852.

［23］Zheng C, Zhang XG, Sun L, et al. Biodegradable and redoxresponsive chitosan/poly（L-aspartic acid）submicron capsules for transmucosal delivery of proteins and peptides［J］. J Mater Sci：Mater Med, 2013, 24（4）：931-939.

［24］Balabushevich NG, Tiourina OP, Volodkin DV, et al. Loading the multilayer dextran sulfate/protamine microsized capsules with peroxidase［J］. Biomacromolecules, 2003, 4（5）：1191-1197.

［25］Li F, Yan Y, Wang DD, et al. Cry8Ca2-containing layer-by-layer microcapsules for the pH-controlled release of crystal protein［J］. J Microencapsul, 2014, 31（6）：567-572.

［26］Zhi ZL, Haynie DT. High-capacity functional protein encapsulation in nanoengineered polypeptide microcapsules［J］. Chem Commun（Camb）, 2006, 14（2）：147-149.

［27］Yu AM, Wang YJ, Barlow E, et al. Mesoporous silica particles as templates for preparing enzyme-loaded biocompatible microcapsules［J］. Adv Mater, 2005, 17（14）：1737-1741.

［28］Pessi J, Santos HA, Miroshnyk I, et al. Microfluidics-assisted engineering of polymeric microcapsules with high encapsulation efficiency for protein drug delivery［J］. Int J Pharm, 2014, 472（1-2）：82-87.

［29］Ma GH. Microencapsulation of protein drugs for drug delivery：Strategy, preparation, and applications［J］. J Control Release, 2014, 193：324-340.

［30］Zhou JH, Hyun DC, Liu H, et al. Protein capsules with crosslinked, semipermeable, and enzyme-degradable surface barriers for controlled release［J］. Macromol Rapid Commun, 2014, 35（16）：1436-1442.

［31］Chen XT, Lv GY, Zhang J, et al. Preparation and properties of BSA-loaded microspheres based on multi-（amino acid）copolymer for protein delivery［J］. Int J Nanomed, 2014, 9（1）：1957-1965.

［32］阮傳清, 劉蕓, 張明政, 等. Bt殺蟲(chóng)晶體蛋白-腸溶性微囊制備方法的初步研究［J］. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2008, 24（11）：374-378.

［33］黃珊珊, 劉榮, 馬光輝, 等. 膜乳化法與復(fù)乳法結(jié)合制備粒徑均一的載溶菌酶微膠囊［J］. 過(guò)程工程學(xué)報(bào), 2006, 6（4）：603-607.

［34］Morlock M, Koll H, Winter G, et al. Microencapsulation of rh-erythropoietin, using biodegradable poly（d, l-lactide-co-glycolide）：protein stability and the effects of stabilizing excipients［J］. Eur J Pharm Biopharm, 1997, 43（1）：29-36.

［35］Meng FT, Zhang WZ, Ma GH, et al. The preparation and characterization of monomethoxy-poly（ethylene glycol）-b-poly-DL-lactide microcapsules containing bovine hemoglobin［J］. Artif Cells Blood Substit Immobil Biotechnol, 2003, 31（3）：279-292.

［36］Gombotz WR, Wee SF. Protein release from alginate matrices［J］. Adv Drug Deliv Rev, 1998, 31（3）：267-285.

［37］Silva CM, Ribeiro AJ, Ferreira D, et al. Insulin encapsulation in reinforced alginate microspheres prepared by internal gelation［J］. Eur J Pharm Sci, 2006, 29（2）：148-159.

［38］García-Gutiérrez K, Poggi-Varaldo HM, Esparza-García F, et al. Small microcapsules of crystal proteins and spores of Bacillus thuringiensis by an emulsification/internal gelation method［J］. Bioprocess Biosyst Eng, 2011, 34（6）：701-708.

［39］Manojlovic V, Djonlagic J, Obradovic B, et al. Immobilization of cells by electrostatic droplet generation：a model system for potential application in medicine［J］. Int J Nanomedicine, 2006, 1（2）：163-171.

［40］Mi Y, Su R, Fan DD, et al. Preparation of N, O-carboxymethyl chitosan coated alginate microcapsules and their application to Bifidobacterium longum BIOMA 5920［J］. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl, 2013, 33（5）：3047-3053.

［41］王春蕾, 閆俊濤, 鐘雙玲, 等. 磁性蛋白質(zhì)微膠囊的聲化學(xué)法構(gòu)筑［J］. 高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào), 2013, 34（2）：462-466.

［42］Cui XJ, Li ZF, Zhong SL, et al. A facile sonochemical route for the fabrication of magnetic protein microcapsules for targeted delivery［J］. Chem Eur J, 2013, 19（29）：9485-9488.

（責(zé)任編輯 狄艷紅）

Research Progress on Protein Microcapsules

HE Xiao-lin1TENG Kai2GUO Shu-yuan1
（1. School of Life Sciences，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081；2. Beijing Xinghang Mechanical-electrical Equipment Co.，Ltd.，Beijing 100074）

Protein drugs are easy to be degraded and inactivated. Thus how to sustain the activity of protein to make them function effectively has been a key problem in the application of protein drugs. Microencapsulation is to load a protein into a capsule，therefore，the target protein is isolated from the environment and could be protected. This paper reviews several common preparation methods of protein microcapsules，including layer-by-layer self-assembly，emulsification process，electrostatic droplet generation，etc.，which lays a foundation for the wide application of protein microcapsule in the future.

protein；microcapsules；loading and release；pH value

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016.05.006

2015-08-18

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31171911）

賀曉琳，女，碩士研究生，研究方向：殺蟲(chóng)晶體蛋白的微膠囊制劑；E-mail：hxl_199003@126.com

郭淑元，女，博士，教授，研究方向：病原微生物與宿主間作用的分子機(jī)制；E-mail：guosy@bit.edu.cn