医用壳聚糖水凝胶研究进展

刘璐

摘 要：文章主要探讨了医用壳聚糖水凝胶领域的研究情况，具体分析了医用壳聚糖水凝胶在药物释放、医用敷料和组织工程支架等细分领域的研究现状，收集了近年医用壳聚糖水凝胶的研究成果和发展趋势。

关键词：壳聚糖；水凝胶；组织工程；药物释放；医用敷料

甲壳素，又被称为几丁质，因其自身含有大量氨基多糖称为唯一的天然阳离子多糖，主要从甲壳生物的外壳或昆虫的外骨骼中提取得到。甲壳素为由N-乙酰-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖通过β-1，4糖苷键形成多糖，即N-乙酰-D-葡萄糖胺的聚糖。壳聚糖是甲壳素上的氨基的脱乙酰化产物，反应活性和溶解性均比甲壳素强。壳聚糖在自然界中的含量位列第二位，仅低于纤维素，并且能够实现可循环利用，是理想的生物医用材料。壳聚糖具有许多优良特性：对环境无污染，生物相容性和可降解性高，来源广泛，以及具备黏膜黏附性、抗菌活性等。

水凝胶是由水溶性高分子经过交联后形成的，交联网络结构能在水中膨胀但会分散，能够保持含水量高但并不溶剂的状态，可以达到几十甚至几百倍的吸水率，是很强的吸水材料，其中的液体水被固定于高分子三维网络结果当中，整个水凝胶体系可以保持良好的稳定性。水凝胶质地柔软，与活体组织质感相近，具有良好的生物相容性使得它在生物医药领域具有广阔的应用前景，如，可作为药物缓释材料、蛋白质电泳、隐形眼镜、人造血浆和皮肤、组织填充材料、组织工程支架等。

壳聚糖水凝胶具有低毒性和高生物相容性，作为智能水凝胶是还具有pH或温度的敏感性，并且不影响药物本身的药效发挥，在用作药物缓释材料、组织工程支架、医用敷料等领域具有良好的应用前景。[1]

1 医用壳聚糖水凝胶药物释放体系

药物释放系统包括有药物固定和药物的控制释放过程，凝胶本身因其网络结果能够很好的实现药物的存储固定，同时溶胀度的变化过程能够控制药物的释放速率，还容易在体内降解代谢。因此，水凝胶在口服、口腔、鼻腔、阴道、直肠、眼部、注射等给药途径具有较大的应用潜力。

药物释放用水凝胶主要包括温度敏感水凝胶和pH敏感水凝胶，对于温度敏感性的凝胶，当处于人体温环境（37℃）时，凝胶发生亲水膨胀，网络结构由紧变松，从而释放出药物；对于pH敏感的水凝胶，当处于肠道内较高pH环境中时，凝胶膨胀释放药物，而在pH较低的胃环境时并不释放药物，从而避免强酸性胃液对于药物效果的影响。[2]

Dumitriu等研究了一种壳聚糖/黄原胶复合水凝胶，通过将黄原胶与碱性药物复合，并在酸性条件下逐步释放，通过调节壳聚糖的脱乙酰度，可以对凝胶的理化性质进行调整。天津大学姚康德等将壳聚糖、明胶和果胶复配并利用戊二醛作为交联剂共交联制备得到了壳聚糖基凝胶，该水凝胶具有pH灵敏性可用于药物释放体系，可作为口服抗酸、治疗胃肠疾患的滞留型控释制剂，可以减少药物突释造成的毒副作用，并且具有良好的生物相容性和生物降解性能。中国海洋大学刘成圣[3]等将壳聚糖脂肪酸酯复合物和α，β-甘油磷酸钠复配，制备得到温敏水凝胶负载抗肿瘤药物，用于原位注射局部治疗的药物载体。通过与酯化改性提高了壳聚糖的温度灵敏性和稳定性，对于肿瘤的治疗具有广阔的应用前景。

2 医用壳聚糖水凝胶敷料

水凝胶质地柔软，可以实现与伤口的充分接触，并且能为伤口提供一个良好的湿润环境，进而促进伤口的愈合。利用壳聚糖水凝胶制备得到的医用敷料具有柔软、舒适与创面的贴合性好的优点，并且能够缓解疼痛和抑制出血，同时部分水凝胶还具有抗菌消炎的功效。此外，在病患伤口的愈合、自身皮肤生长的过程中，壳聚糖水凝胶敷料能自行降解并被机体吸收，免除了揭除时病人的痛苦，还会促进皮肤再生，对治疗高热创伤特别有效。[4]

德州海利安生物股份有限公司研究一种医用胶体敷料及其应用，该敷料主要包括水溶性甲壳素和醋酸氯己定，具有镇痛、抑菌、抗炎、促进创面愈合、抑制瘢痕增生、提高创面修复质量的作用，对手术切口、烧伤创面、烫伤创面、溃疡创面的治疗和修复具有显著疗效。

3 医用壳聚糖水凝胶组织工程支架

水凝胶具有三维网络结果，网络中填充有大量水，便于营养物质和代谢产物的运输，并有助于保护细胞。此外，水凝胶还可以通过注射方式植入体内，手术创伤小，并在体内环境改变下可以原位胶凝，由于发生胶凝的条件温和对负载药物的影响较小，是实现生長因子或药物递送非常适宜的载体材料。因此，水凝胶制备组织工程支架具有天然的优势。

壳聚糖由于其具有氨基而带有大量正电荷，可以吸引带有负电的细胞壁，有利于细胞的附着；其降解后的产物具有良好的生物相容性；此外壳聚糖还具有杀菌、防黏连、维持体内生态平衡等许多功效协同组织的修复。因此，壳聚糖是制备组织工程支架的优良材料。[5]

Bio Syntech Canada公司研发了包含有壳聚糖和甘油磷酸二钠盐的温度响应水凝胶，该水凝胶在室温状态下位液态，在体温附近成胶，因此可在液体状态下直接注射入所需部位原位成胶。该水凝胶的制备无需使用有机溶剂和交联剂，可降低凝胶的生物毒性并提高其生物相容性，可用于药物递送、眼部组织植入、骨或软骨填充材料并用于组织工程领域。中国人民解放军军事医学科学院基础医学研究所王常勇等研究了一种基于可注射温敏性壳聚糖水凝胶的组织工程产品，将壳聚糖、甘油磷酸钠和羟乙基纤维素混合制备得到可携带促血管生长因子的可注射水凝胶，将水凝胶注射到动物心肌梗死模型特定区域后观察其修复心肌梗死区域的情况，注射携带生长因子的壳聚糖水凝胶的实验组明显提高了血管密度，降低了纤维化程度，存活的心肌数量也有所增加。

4 结束语

壳聚糖水凝胶因其具有的生物相容性、抗菌性、温度响应性、pH相应性在生物医学领域应用广泛，在上述药物释放、医用敷料、组织工程支架领域的研究已经取得了实质性的进展。中国在该领域的研究处于世界领先水平，但在产业化中的推广仍有待加强。

参考文献

[1]舒静，李小静，赵大飙.壳聚糖智能水凝胶研究进展[J].中国塑料，2010，24（9）：6-10.

[2]孔立红，王洋岗，刘本.壳聚糖温敏水凝胶的制备及体外药物释放的研究[J].湖北中草药大学学报，2012，44（6）：24-26.

[3]王玉杰，党奇峰，万辉琴，等.注射型壳聚糖温敏相变复合材料的制备及性能研究[J].功能材料，2014，45（S1）：117-121.

[4]王华明，王江.壳聚糖伤口敷料的研究进展[J].华南热带农业大学学报，2007，13（2）：48-53.

[5]符旭东，郭家平.壳聚糖类水凝胶在组织工程领域的研究进展[J].中国医院药学杂志，2010，30（15）：1308-1310.