壳聚糖在创伤修复中应用的研究进展

颜婷婷，欧阳茜茜，李思东，钟庆坤

(1.广东海洋大学 海洋与气象学院，广东 湛江 524088；2.广东海洋大学 化学与环境学院，广东 湛江 524088)

壳聚糖在创伤修复中应用的研究进展

颜婷婷1，欧阳茜茜1，李思东2*，钟庆坤1

(1.广东海洋大学 海洋与气象学院，广东 湛江 524088；2.广东海洋大学 化学与环境学院，广东 湛江 524088)

壳聚糖是一种碱性高分子多糖，是甲壳素部分脱乙酰基的产物，具有许多优良的生物特性，其创伤修复的特性在医用敷料领域引起人们极大的关注。本文主要总结了目前创伤修复材料的种类，以及壳聚糖在创伤修复中的应用，包括皮肤创伤修复、骨损伤修复和神经干细胞损伤中的应用研究。

壳聚糖；创伤修复；复合材料

壳聚糖(Chitosan)又叫壳多糖、壳糖胺、氨基多糖等，是从虾、蟹提取出的甲壳素部分脱N-脱乙酰基的产物，一般而言，N-脱乙酰基脱去55%以上的就可以称作为壳聚糖，壳聚糖是现今发现的唯一一种天然碱性多糖，呈线性糖。壳聚糖物理性质是白色半透明固体，并伴随着有珍珠光泽，因原料和制备方法存在差异，其相对分子质量也不同，从几千至数百万不等，不溶于水和碱溶液，可溶于稀酸，例如：甲酸和乙酸[1]。壳聚糖能够有效抑菌，特别是金黄色葡萄球菌以及大肠杆菌，其具有生物降解性、生物相容性和非抗原性，吸水性和透气透湿性较好，无毒，对皮肤没有刺激性，能够粘附于皮肤表面。

各种创伤、烧伤、手术等原因导致的人体损伤是临床常见现象。迄今为止，各种原因导致的创伤及其愈合形成的疤痕依然严重威胁着人类的健康和生活质量，并且随着人们审美观的提高，希望能够减少结疤面积。目前医用创伤修复材料根据其发展主要有三大类：传统敷料，合成修复材料和生物修复材料。当前，生物修复材料是一类比较先进的医用材料，特别是通过创伤局部补充外源性的细胞因子可达到愈合的效果。但这类材料普遍存在一些缺陷：材料来源少，价格高，性能单一、创面愈合速度慢且有瘢痕的问题。因此壳聚糖作为来源丰富的海洋资源，其在医药创伤修复领域具有很好的发展前途。本文主要总结了目前创伤修复材料的种类，壳聚糖在创伤修复中的应用，包括皮肤伤口创伤修复、骨损伤修复、和神经干细胞损伤中的应用研究进展。

1 创伤修复材料

1.1 天然生物材料

在医用材料当中，天然生物材料使用最早，其生物相容性好，利于细胞的粘附、增殖和分化，是不可替代的重要材料。从动物体中提取出来的胶原蛋白与胶原最具代表性，它们抗原性低，并且降解的产物在体内不会引起不良反应, 具有良好的止血和创面愈合作用，可应用于皮肤组织工程当中，现已成为应用广泛的天然生物材料。

壳聚糖及其衍生物也属于天然生物创伤愈合敷料的范畴，壳聚糖降解产生的寡糖物质能够促进细胞的增殖，抑制成纤维细胞的过度增生，体内移植无炎症反应，可以加快创面愈合[2]。

1.2 人工生物材料

人工生物材料有很多种，具体包括动物材料、植物材料、金属材料、陶瓷材料、高分子塑料、人造纤维、合成多肽等。

根据植物材料制作创伤修复材料的报道，从海藻中提取海藻酸钠，从芦荟叶子中提取甲基化多糖，和从树脂或黑豆树脂以及土豆中提取的提取物制作创伤凝胶膜片或海绵材料，可以用来保护创面和治疗烧伤。尼龙、达可纶等人造纤维物常被作为其它材料的支架, 早期也有人用单纯人造纤维织物或以其为主的人工皮材料。这种材料与组织粘附好，但肉芽长入丝绒后去除困难，合成的高分子多肽其性质类似于小分子蛋白质，在医学应用中研究广泛。

一般情况下，伤口的愈合是一个体内将旧的组织碎屑分解，产生新组织的过程，但是在烧伤和顽固性皮肤溃疡的受损条件下，新的组织不能形成。感染是伤口愈合的主要障碍，另一个对伤口愈合的阻碍是生长因子的缺乏。在一些慢性伤口中生长因子的内源水平降低。为了改善这些创伤状况，研究人员一直在试图创造几种类型的人造皮肤。组织工程产品包括三种主要成分，即细胞，生长因子和生物材料。有临床研究表明这些组织工程产品有希望治疗烧伤和顽固性皮肤溃疡[3]。

Mercedes Catalina等[4]利用多孔生物胶原聚合物在伤口愈合和组织再生中研究受伤大鼠，术后7天，在伤口处发现有胶原蛋白产生，形成细胞，提高改善伤口愈合能力。证实测试的制剂比商业参考产品(Heal Progress(HP)：8±1.55对比2.33±0.52，p<0.001)的效率高三倍。胶原(FC)的形成：7.5±1.05对比 2.17±0.75，p<0.001;表皮再生(RE)：13.33±5.11对比5±5.48，p<0.05)。

1.3 复合生物材料

在临床医学上，天然生物和人工生物材料已经不能够满足人体某些器官组织及功能的要求了，由此出现了复合生物材料。半合成、全合成以及杂化生物材料都属于复合材料，为了满足创伤修复功能的需要，一般由两种或两种以上的生物材料组成，通常是由活性和非活性材料组成。

用于组织修复的干细胞治疗中的一个关键问题通常是缺乏选择性载体以将干细胞递送至损伤部位，其中天然细胞外基质在病理上损伤或丢失。因此，Seong-Kyoon Choi等[5]研究具有结构TGPG [VGRGD(VGVPG)6]20WPC的含RGD的弹性蛋白样多肽(REP)，以将脂肪干细胞(ASC)植入到全层切除伤口老鼠，并且通过体温诱导的原位聚集将REP植入伤口缺损处，移植的REP在伤口中表现出2.6天的半衰期。REP和ASC的混合使用形成水凝胶样ASC / REP复合物，比单独使用ASC有更好的新血管形成效果，并增加移植ASC的存活力，改善伤口整体愈合。体外和体内动物研究表明，REP能够诱导组织修复再生，在临床医学中有望成为一种治疗剂。吴海涛[6]发明了一种用于创伤修复的复合生物材料敷贴，该敷贴敷在伤口，易撕不粘连，高效抗菌消炎，有效止血，能够促进皮肤组织的愈合和修复。

1.4 壳聚糖材料

伤口感染可能产生许多有毒物质以阻止伤口的修复，在严重的情况下，被感染的伤口很有可能导致死亡。然而，目前大多数市售的伤口敷料不具有活性抗菌剂的能力，这将增加溃疡的形成和提高感染率。由于壳聚糖本身高效抗菌、快速止血、促进伤口愈合和生物相容性好等优点，因此被广泛应用血管支架、创伤敷料当中。目前壳聚糖在创伤敷料中取得巨大成功，在医用和化妆品领域得到广泛应用。

彭思凯[7]利用酶解法制备不同分子量的羧甲基壳聚糖，实验表明了羧甲基壳聚糖可以显著缩短大鼠深Ⅱ度烫伤创面时间，其主要原因是羧甲基壳聚糖能够促进成纤维细胞的增殖，分泌白细胞介素，巨噬细胞分泌肿瘤坏死因子，以及减少了伤口处胶原的分泌，因此减少疤痕面积。

Xialian Fan等[8]通过冷冻干燥工艺将纳米TiO2水溶胶引入琼胶-壳聚糖(COL-CS)支架中，研究了复合材料的溶胀性，孔隙率，降解性，抗菌性，红细胞聚集和细胞毒性。实验表明，多孔支架溶胀性好，可以阻止伤口渗出物的积累，较少炎症发生机率；孔隙率合适，适于细胞的增殖、分化和迁移；对金黄色葡萄球菌具有明显抑制作用，伤口处红细胞极易聚集，提高止血效率，他们认为TiO2/COL-CS复合支架可能是伤口修复敷料的最佳选择。

2 壳聚糖在创伤修复中的应用

2.1 对皮肤创面的修复

皮肤创伤引起的健康问题并非是近几年的新兴产物，并且每一年都有很多患者遭受到急性创伤。传统上，一般的伤口愈合经过四个阶段：止血、发炎、增殖和生长。每一个阶段对伤口的愈合具有重大的意义，为了给伤口提供一个湿润的愈合条件，Fengling Tang等[9]通过化学改性的方法将琥珀酸引入到壳聚糖中合成水溶性壳聚糖衍生物(NSC)，在L929细胞中研究NSC的细胞毒性，并通过抑制区方法和细菌生长曲线分析评价其抗菌活性。结果表明，与壳聚糖相比，NSC的溶解度显着提高，NSC是无毒的，具有良好的抗菌性能。动物伤口愈合试验表明NSC相比壳聚糖可以显著减少愈合时间。组织病理学研究表明这些影响机制与NSC的促进肉芽组织和增强上皮形成的能力有关。总的来说，这些结果证明NSC可作为良好的伤口敷料材料。相对合成水溶性壳聚糖衍生物，毛珺等[10]通过化学改性提高壳聚糖的高容量吸液性、高抗菌性等性能。

糖尿病(DM)患者皮肤薄、易损，且常常伴有自发性溃疡、创面难愈或者不愈、易感染等，这一系列症状称为“DM皮肤病变”。楼陆军[11]采用高脂高糖饲料喂养联合链脲佐菌素建立DM大鼠模型。给大鼠背部制造全层皮肤缺损区域，实验组用自制明胶-壳聚糖复合纳米纤维覆盖，并及时给予油纱及干纱布包扎缝合固定；而对照组仅是使用传统敷料油纱及干纱布包扎，手术14d后，实验组仅看见少许结痂创面，创面愈合率比对照组的高出20.7%，创面表皮基本重生，肉芽组织分化生长。

涂依[12]以戊二醛为交联剂,以涂覆的方法制备了壳聚糖/羧甲基壳聚糖双层复合膜，羧甲基壳聚糖的分子量不同，研究对比不同分子量羧甲基壳聚糖双层复合膜的创伤修复效果。实验结果表明:制备的双层复合膜对创伤都有一定的修复效果，但是羧甲基壳聚糖的分子量越小，创伤修复效果越好。

汤顺清等[13]发明了一种含有卡拉胶的创伤修复敷料，该敷料是由胶原或明胶与卡拉胶按(5:95)～(95:5)的质量比共混后冷冻干燥得到具有三维多孔层间结构的多孔复合支架，或是共混后直接干燥得到的复合薄膜。这种创伤修复敷料能保证组织正常愈合所需的营养供应，并且在组织愈合的同时降解消失，同时降解产物具有促进细胞增殖和表达基质的作用，可以真正起到促进创伤修复的效果。再加上多孔复合支架和复合薄膜均能在促进创伤修复的同时为其它软组织工程提供支架。

余丕军等[14]通过观察胶原蛋白-壳聚糖(80:20)复合纳米纤维膜修复SD大鼠背部全层皮肤缺损创面的作用，修复后14d实验组创面已经基本对合；而仅用油纱及干纱布包扎并在创伤外缘打包固定的对照组创面对合不整齐，创面较实验组大。证实了胶原蛋白-壳聚糖复合纳米纤维膜具有优异的生物力学性能，比普通纱布能更好的促进创伤修复、愈合。

2.2 对骨损伤的修复

骨骼是身体的基本支撑结构，其特征在于其刚性，硬度和再生能力，主要用于保护必要的器官，产生血细胞，作为钙的矿物储库，并保持酸碱平衡[15]。已有研究发现，纳米磷酸钙[16]、纳米羟基磷灰石[17]、或纳米生物陶瓷玻璃与壳聚糖混合制备的纳米复合支架具有良好的骨引导性，有利于成骨细胞的增殖和维持其特定的功能。

Takagi等[18]用磷酸钙骨水泥(CPC)粉末和壳聚糖溶液制成的CPC-CS相比CPC的弯曲强度小，稳定性强，机械性能符合临床应用的要求。Ding[19]研究证明壳聚糖和磷酸钙复合后，增大骨水泥复合物的内部孔隙率，这有利于血管在空隙里长入，提高了抗压强度，可用于骨组织损伤临床试验。

将多碳纳米管通过冷冻干燥法与壳聚糖复合制成支架，实验表明有利于骨样细胞黏附在支架上，加速细胞增殖并向成骨细胞分化[20]。纳米羟基磷灰石/壳聚糖三维多孔支架植入到大鼠颅顶骨缺损处，通过组织学观察，在2周时骨缺损区边缘及支架中心发现有新骨形成，在5周时骨缺损区已有明显的新骨形成[21]。

软骨细胞通过组织工程技术的支架共同培养，将构建软骨组织移植是目前有望治疗受损软骨的方法[22]。壳聚糖与其他材料复合制作组织工程支架可以促进细胞的黏附，从而使得软骨与骨的形成。詹兴旺等[23]将新西兰大白兔的软骨细胞种植在胶原-壳聚糖支架上，2周后，细胞重叠生长，增殖活力强，并分泌大量的细胞质基质。他们在这个实验当中得出了这样的结论：通过冷冻干燥法制得的胶原(2%)-壳聚糖(3%)混合支架有利于软骨细胞在支架上快速生长、增殖，是软骨修复重建的一种载体，同时也是一种良好的骨骼损伤修复材料。

石国华等[24]在下颌骨缺损的家兔做动物实验，使用的是壳聚糖/羟磷灰石纳米复合材料，结果表明：具有三维孔洞网络结构的壳聚糖/羟磷灰石纳米聚合物可以与骨直接结合，并且具有很好的生物相容性和骨引导能力，可降解且降解后的产物无毒性，移植10周便可完全修复骨缺损。

2.3 对神经干细胞的修复

近几年，利用组织工程化神经修复是科学家越来越重视的问题，由于神经系统的复杂性，要找到一种能够代替人体神经的材料是最需要解决的问题。壳聚糖及其化学改性产物在组织工程化神经修复当中是研究得比较早，也比较广泛的一种具有潜在发展的人工神经导管材料[25]。

通过引入壳聚糖膜到壳聚糖神经导管中，可以增强缺损坐骨神经的轴突再生和功能恢复能力[26]。朱奇等[27]在壳聚糖中插入聚乳酸羟基乙酸纤维制备神经导管，发现再生神经当中伴有新生的小血管和神经纤维，同时证实了该神经导管在体内具有生物活性、生物相容性，降解产物与体内无不良反应，可诱导神经细胞的生长。

Kim等[28]采用冻干法制备出海藻酸-胶原质-壳聚糖复合导管材料，并研究导管对神经损伤大鼠的再生修复效果。实验结果表明，在术后12周，组织观察显示所有实验用鼠的坐骨神经都已重新桥连上。因此，用该法制备的海藻酸-胶原质-壳聚糖复合导管能使受损周围神经的再生。

3 小结

壳聚糖在医药领域具有很大的应用前景，而且效果优于其他医用敷料和组织工程材料。然而，壳聚糖在中性pH下抗菌活性不强，限制了其在感染的伤口护理中的使用，这就使得现在很多研究都将壳聚糖与其它材料复合起来解决这个问题。除上述壳聚糖在皮肤、骨组织及神经干细胞的修复以外，还有一些壳聚糖在眼睛细胞和肝细胞的研究，但是这两个方面研究得还不够深。因此，应对眼睛细胞和肝细胞用新型纳米材料-壳聚糖复合材料是接下来壳聚糖的研究方向。

[1] 蒋挺大. 壳聚糖[M].北京：化学工业出版社, 2001:227.

[2] 杜心欣, 瓦龙美. 天然生物材料在皮肤组织工程中的应用[J].医学综述, 2006 (09): 515-517.

[3] Kuroyanagi Y. Tissue-engineered products for skin regenerative medicine[J].Open Journal of Regenerative Medicine, 2016, 5(03): 61.

[4] Catalina M, Cot J, Borras M, et al. From waste to healing biopolymers: biomedical applications of bio-collagenic materials extracted from industrial leather residues in wound healing[J]. Materials, 2013, 6(5): 1599-1607.

[5] Choi S K, Park J K, Kim J H, et al. Integrin-binding elastin-like polypeptide as an in situ gelling delivery matrix enhances the therapeutic efficacy of adipose stem cells in healing full-thickness cutaneous wounds[J].Journal of Controlled Release, 2016, 237: 89-100.

[6] 吴海涛.创伤修复生物材料敷贴: CN,101461958[P]. 2009-06-24.

[7] 彭思凯. 羧甲基壳聚糖促进创伤愈合机理的研究[D]. 青岛：中国海洋大学, 2011.

[8] Fan X, Chen K, He X, et al. Nano-TiO2/collagen-chitosan porous scaffold for wound repairing[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2016, 91:15-22.

[9] Tang F, Lyu L, Lu F, et al. Preparation and characterization of N-chitosan as a wound healing accelerator[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2016, 93: 1295-1303.

[10] 毛 珺,周应山, 吴庭. 高吸型壳聚糖敷料的创面止血及促愈合效果[J]. 中国组织工程研究, 2016 (16): 2391-2396.

[11] 楼陆军, 罗肇璋, 高 云, 等. 明胶-壳聚糖复合纳米纤维膜对糖尿病大鼠皮肤损伤的修复作用[J]. 华南国防医学杂志, 2014 (05): 405-407.

[12] 涂 依. 壳聚糖/壳聚糖衍生物复合膜的制备及性能研究[D].武汉: 武汉大学, 2005.

[13] 汤顺清, 易静楠, 王小莺, 等. 一种含有卡拉胶的创伤修复敷料及其制备方法和应用: CN,103386145A[P].2013-11-13.

[14] 余丕军, 王露萍, 郭妤, 等. 胶原蛋白-壳聚糖复合纳米纤维膜用于皮肤缺损的修复[J]. 中国组织工程研究与临床康复, 2011, 15(51): 9561-9564.

[15] Taichman R S. Blood and bone: two tissues whose fates are intertwined to create the hematopoietic stem-cell niche[J]. Blood, 2005, 105(7): 2631-2639.

[16] Thein-Han W, Misra R. Biomimetic chitosan-nanohydroxyapatite composite scaffolds for bone tissue engineering[J]. Acta biomaterialia, 2009, 5(4): 1182-1197.

[17] Wang S-F, Shen L, Zhang W-D, et al. Preparation and mechanical properties of chitosan/carbon nanotubes composites[J]. Biomacromolecules, 2005, 6(6): 3067-3072.

[18] Takagi S, Chow L C, Hirayama S, et al. Properties of elastomeric calcium phosphate cement-chitosan composites[J]. Dental materials, 2003, 19(8): 797-804.

[19] Ding S J. Biodegradation behavior of chitosan/calcium phosphate composites[J]. Journal of Non-Crystalline Solids, 2007, 353(24): 2367-2373.

[20] Venkatesan J, Ryu B, Sudha P, et al. Preparation and characterization of chitosan-carbon nanotube scaffolds for bone tissue engineering[J]. International journal of biological macromolecules, 2012, 50(2): 393-402.

[21] Ma X, Wang Y, Guo H, et al. Nano-hydroxyapatite/chitosan sponge-like biocomposite for repairing of rat calvarial critical-sized bone defect[J]. Journal of Bioactive and Compatible Polymers, 2011, 26(4): 335-346.

[22] Shan C,Sun X D,Zhan J L. Preparation of biomimetic multilayeredscafolds using collagen/chitosan for cartilage tissue engineering.J Med Biomech.2010,25 (1)：9-12.

[23] 詹兴旺, 韦曙东, 姜 艳, 等. 胶原-壳聚糖支架与软骨细胞的生长[J]. 中国组织工程研究与临床康复, 2011, (38): 7090-7094.

[24] 石国华, 丁 诚, 龚连生, 等. 壳聚糖/羟基磷灰石纳米复合材料修复骨缺损研究[J]. 中国现代医学杂志, 2007,17 (19): 2322-2325,2329.

[25] 杨吟野, 李训虎, 龚海鹏, 等. 壳聚糖及相关材料用于神经修复的前景[J]. 生物医学工程学杂志, 2001,18 (03): 444-447.

[26] Meyer C, Stenberg L, Gonzalez-Perez F, et al. Chitosan-film enhanced chitosan nerve guides for long-distance regeneration of peripheral nerves[J]. Biomaterials, 2016, 76: 33-51.

[27] 朱 奇, 杨宇民, 吴 坚, 等. 壳聚糖/聚乳酸羟基乙酸组织工程化神经植入犬体内的慢性生物相容性[J]. 中国组织工程研究与临床康复, 2011 (47): 8842-8846.

[28] Kim S W, Bae H K, Nam H S, et al. Peripheral nerve regeneration through nerve conduit composed of alginate-collagen-chitosan[J]. Macromolecular research, 2006, 14(1): 94-100.

(本文文献格式：颜婷婷，欧阳茜茜，李思东，等.壳聚糖在创伤修复中应用的研究进展[J].山东化工，2017，46(10)：82-85.)

Research Progress of Chitosan in Wound Repair Application

YanTingting1，OuyangQianqian1，LiSidong2*，ZhongQingkun1

(1.College of Marine and Meteorology,Zhanjiang 524088, China;2.College of Chemistry and Environment , Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China)

Chitosan is a kind of basic macromolecule polyoses, which is the product of partial deacetylation of chitin. It has many excellent biological characteristics. The characteristic of its restoration for trauma has been more concerned in the field of medical dressing. This paper mainly summarizes the categories of the stuffs of restoration for trauma and the application of chitosan in trauma restoration, which include application study of restoration for skin trauma, bone injury restoration, neural stem cell injury restoration.

chitosan;wound repair;composite materials

2017-03-25

颜婷婷(1992—)，女，广西钦州人，硕士研究生在读，研究方向：海洋生物资源利用化学；通讯作者：李思东。

R318.08

A

1008-021X(2017)10-0082-04