殼聚糖納米粒制備的研究進(jìn)展

1、 682殼聚糖納米粒制備的研究進(jìn)展吳立明1,2, 習(xí)溫瑜2, 管正紅2(11山東大學(xué)藥學(xué)藥物制劑研究所, 山東濟(jì)南250012;21青島黃海制藥有限責(zé)任公司, 山東青島266101摘要:載藥納米粒作為藥物、基因傳遞和控釋的載體, 。殼聚糖具有較好的生物黏附性、促吸收效應(yīng)和酶抑制載體作用等特性點(diǎn)。本文就殼聚糖納米粒制備的研究進(jìn)展情況進(jìn)行了綜述。關(guān)鍵詞:殼聚糖納米粒制備中圖分類號:R94419-(2008 11-0682-04R in preparation of Chitosan 2nanoparticles WU Li 2ming 1,2,XI Wen 2yu 2, GUAN Zheng 2h

2、ong 2(11College of Pharmaceutical Sciences ,Institute for Pharmaceutical Preparations ,Shandong University ,Ji nan 250012;21Qingdao Huanghai Pharmaceutical Limited Liability Company ,Qingdao 266101ABSTRACT :As a vector of drug and gene in transmission and controlled 2release ,drug 2loaded nanopartic

3、les is a new dosage form in drug controlled 2release and sustained 2release in recent years 1Chitosan has good bioadhesive ,promote absorption effect and the role of carrier 2inhibiting properties 1As a new drug vector ,chitosan 2nanoparticles has become the hot to study and re 2search in the world

4、1In this paper ,chitosan nanoparticles on the progress of the preparation of the study are reviewed 1KE Y WOR DS :Chitosan ;nanoparticle ;preparation載藥納米微粒作為藥物、基因傳遞和控釋的載體, 是近年來出現(xiàn)的藥物控釋和緩釋的新劑型, 引起了國內(nèi)外的極大關(guān)注和興趣。納米粒子是直徑在10500nm 之間的、一種超微小球型藥物載體的固狀膠態(tài)粒子, 其活性部分(藥物、生物活性材料等 通過溶解、包裹作用位于粒子內(nèi)部, 或者通過吸附、附著作用位于粒子表面。突

5、出優(yōu)點(diǎn)是比細(xì)胞還小(101000nm 之間 , 因此可被組織及細(xì)胞吸收。近年來發(fā)現(xiàn)殼聚糖具有較好的生物黏附性、促吸收效應(yīng)和酶抑制載體作用等特性, 使其在生物黏附給藥系統(tǒng)、透膜給藥系統(tǒng)、靶向給藥系統(tǒng)及緩控釋制劑的開發(fā)中倍受青睞。殼聚糖納米粒作為藥物載體的研究也成熱點(diǎn), 本文就殼聚糖納米粒的制備研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。1殼聚糖的基本特性結(jié)合的電子, 使氨基呈弱堿性, 能結(jié)合一個(gè)氫離子, 從而使殼聚糖成為帶正電荷的電解質(zhì)。殼聚糖的氨基能與芳香醛或脂肪醛反應(yīng)生成西佛堿(Schiff s base 。因此, 可用具有雙官能團(tuán)的醛或酸酐與殼聚糖交聯(lián), 交聯(lián)產(chǎn)物不易溶解, 溶脹也小, 性質(zhì)較穩(wěn)定。殼聚糖是天然多糖

6、中唯一的堿性多糖, 具有良好的生物相溶性和生物可降解性, 且具有多種生物活性。近年來, 隨著新型藥物傳遞系統(tǒng)的發(fā)展, 殼聚糖成為應(yīng)用廣泛的新型輔料。用殼聚糖制備的靶向制劑具有緩釋、控釋、靶向釋放藥物, 增加藥物吸收、提高藥物的生物利用度, 降低藥物毒副作用等特點(diǎn)。2殼聚糖納米粒的制備方法211離子凝膠法(離子交聯(lián)法/離子誘導(dǎo)法 離子凝膠法是殼聚糖(chitosan 是甲殼素(chitin 脫乙?；蟮漠a(chǎn)物, 甲殼素是一種天然生物高分子聚合物, 廣泛存在于蟹、蝦殼中, 在自然界有巨大的儲存量。殼聚糖是一種氨基葡糖與N-乙酰葡糖胺的共聚物。目前殼聚糖納米粒制備研究中使用最多的方法。它是用無副作用的

7、三聚磷酸鈉(TPP 對殼聚糖進(jìn)行離子誘導(dǎo)凝膠化來制得納米粒。離子凝膠法反應(yīng)條件溫和, 在室溫條件下可進(jìn)行, 不使用有機(jī)溶劑, 且易于得到均一、可調(diào)整粒徑范圍的納米粒。此方法由Bodmeier 等1于1989年首次報(bào)道:在殼聚糖溶液中, 加入TPP , 利用殼聚糖的游離氨基與TPP 發(fā)生分子間或分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng), 從而制備納米粒。隨后1997年Calvo 等2在該制備方法基礎(chǔ)上進(jìn)行改良。實(shí)驗(yàn)中, 將含有TPP 的水相加入到含有殼聚糖和聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚殼聚糖D -葡糖胺殘基的p Ka 值大約為612710, 它在中性和堿性條件下不溶。它可與鹽酸、乙酸等無機(jī)和有機(jī)酸成鹽。在酸性條件下, 殼聚糖是

8、一種線形高分子電解質(zhì), 其溶液具有一定的黏度, 溶液的濃度越高或分子量越大, 黏度就越大。殼聚糖因含有游離氨基, 其氮原子上還有一對未 物(PEO -PPO 的第二水相中, 通過離子間膠凝過程自發(fā)的形成粒子。Xu 等3的研究中, 證實(shí)了納米粒中殼聚糖氨基與三聚683的技術(shù)12能獲得600800nm 粒徑的殼聚糖納米粒。另有研究13先向殼聚糖溶液中滴加硫酸鈉溶液產(chǎn)生納米沉淀, 凍干后再分散到吐溫-80中形成穩(wěn)定的納米粒溶液。本法可以通過選擇不同相對分子質(zhì)量的殼聚糖、調(diào)節(jié)攪拌速率及超聲強(qiáng)度來制備不同粒徑的納米粒, 但尺寸相對較大, 高相對分子質(zhì)量殼聚糖往往得到大于1000nm 的粒子, 因而目前應(yīng)

9、用不是很多。214乳滴聚結(jié)法。14, W/O 型殼聚糖藥物微乳磷酸基團(tuán)相連接。通過將不同相對分子質(zhì)量和脫乙酰度的殼聚糖制成不同濃度的乙酸溶液, 再與不同濃度TPP 反應(yīng)。在包裹牛血清白蛋白(BSA 的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn):增加殼聚糖濃度會降低BSA 的包封率; 相對較低的殼聚糖黏度和濃度能夠促進(jìn)BSA 包裹和殼聚糖與TPP 間的凝膠化。另外, 殼聚糖相對分子質(zhì)量和脫乙酰度的增加都能提高BSA 的包封率, 同時(shí)也都會降低BSA 的體外釋放速率。近年研究中, 林愛華等4考察TPP 米粒的性質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)性, , 游離氨基逐步減少, 小, 表面zeta 電位降低, , 粒子易聚集, 釋藥速度和程度也隨之降低但藥

10、物包封率未受到影響; 隨著p H 升高, 表面游離氨基離解程度降低, 納米粒粒徑亦隨之O , 再將此兩種乳液混合, 經(jīng)攪拌、, 以制得殼聚糖納米粒(粒徑為426±28nm 。該研究中發(fā)現(xiàn)粒徑與殼聚糖相對分子質(zhì)量、脫乙酰度有關(guān), 隨脫乙酰程度減少, 粒徑有增大的趨勢。215乳化擴(kuò)散法El -Shabouri 15將疏水性的環(huán)孢霉素A和卵磷脂溶解在氯仿后混于丙酮中, 得到溶液注入含泊洛沙姆-188的殼聚糖水溶液中, 經(jīng)高壓勻漿化, 除去有機(jī)溶劑后得到環(huán)孢霉素A 納米粒。此法中, 將作為水相的殼聚糖溶液在卵磷脂一類乳化劑存在下分散在作為油相的親水性有機(jī)溶劑中, 同時(shí)將要包載的物質(zhì)溶于其中,

11、 由于親水性有機(jī)溶劑會自動地從油相擴(kuò)散到水相, 導(dǎo)致兩相之間的界面產(chǎn)生湍流, 從而使殼聚糖分子發(fā)生沉降析出, 形成具有納米尺度的微粒。需要注意的是, 此法反應(yīng)條件復(fù)雜, 且使用較多有機(jī)溶劑, 因而這種方法在實(shí)際應(yīng)用上受到限制。216大分子復(fù)合法通過將電荷相反的陰離子大分子物質(zhì)減小, 表面zeta 電位降低。酸性介質(zhì)提高納米粒的釋藥速度和程度, 在中性和堿性介質(zhì)中納米粒的釋藥速度和程度明顯降低。交聯(lián)程度和p H 影響表面游離氨基的數(shù)量或離解程度, 進(jìn)而影響納米粒的體積相轉(zhuǎn)變(溶脹/收縮過程 等重要性質(zhì)。表面游離氨基與納米粒性質(zhì)間有密切的聯(lián)系。更多研究表明57, 通過TPP 離子凝膠化制得的胰島素

12、-殼聚糖納米粒、阿霉素-殼聚糖納米粒等, 有較好的藥物包封率及藥物活性, 該法特別適用于多肽、蛋白質(zhì)等大分子藥物的包裹。212共價(jià)交聯(lián)法共價(jià)交聯(lián)法是在一定條件下, 通過殼聚糖與含氨基的殼聚糖鏈在溶液中進(jìn)行復(fù)合, 借兩者之間的相互作用在一定條件下形成殼聚糖納米粒。在Hu 等16的研究中, 制備了包埋絲縮氨酸、粒徑介于50400nm 的殼聚糖-聚丙烯復(fù)合納米載體。先將殼聚糖分子鏈上的氨基或羥基與一些化學(xué)交聯(lián)劑反應(yīng), 制備出納米藥物載體。1994年,Ohya 等8首次報(bào)道采用戊二醛交聯(lián)殼聚糖分子鏈上的氨基合成包載抗腫瘤藥物5-氟尿嘧啶的殼聚糖納米球的方法:其通過先制得含殼聚糖及藥物的W/O 型乳劑,

13、 再加入戊二醛進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)。隨后Tanima 等9溶解于所需濃度的丙烯酸單體溶液中, 再加入引發(fā)劑進(jìn)行模板聚合制得; 此外, 還通過直接滴加聚丙烯酸溶液至殼聚糖乙酸溶液中制備納米載體。其中, 模板聚合法比直接滴加法更容易控制納米載體的大小、結(jié)構(gòu)。Cui Zhengrong 等17制備了與質(zhì)粒DNA (pDNA 復(fù)合、與羧甲基纖維素鈉復(fù)合后再經(jīng)質(zhì)粒DNA (pDNA 復(fù)合包衣的納米粒, 制得的納米粒粒徑多在180200nm 范圍內(nèi)。大分子符合法制備的納米粒在包載基因方面有粒徑小、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢。該法也得到迅速發(fā)展。217自組裝法由于經(jīng)化學(xué)改性的殼聚糖在溶液中有自簇將二(2-乙基己基 硫代丁二酸溶

14、于正己烷形成反相膠束體系, 并使用戊二醛制出用于蛋白質(zhì)藥物釋放的殼聚糖納米粒。該實(shí)驗(yàn)表明, 隨著交聯(lián)度的增加, 納米粒粒徑數(shù)倍增長。并發(fā)現(xiàn), 透射電鏡顯示高交聯(lián)度粒子容易發(fā)生聚集現(xiàn)象。此外, 有研究10報(bào)道了通過四甲氧基硅烷與殼聚糖分子鏈上羥基發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)制備殼聚糖-硅膠納米復(fù)合材料的方法。在共價(jià)交聯(lián)法中, 由于制備過程中所用的交聯(lián)劑毒性大, 會對細(xì)胞的存活率和大分子藥物的完整性產(chǎn)生不利的影響, 此法制備的殼聚糖納米粒在應(yīng)用中有一定的局限性。213去溶劑法(沉淀法/凝聚法 去溶劑法也被稱為沉淀集組裝特征, 可以在一定條件下制備出殼聚糖納米微粒。Ohya 等18在研究中發(fā)現(xiàn), 在堿性條件下, 殼

15、聚糖骨架法、凝聚法。Berthold 等11于1996年首次提出使用硫酸鈉為沉淀劑制備殼聚糖微粒。在殼聚糖的醋酸溶液中, 加入吐溫-80作為分散劑, 將硫酸鈉溶液滴入攪拌的殼聚糖溶液中, 超聲處理, 通過溶液的濁度來判定微粒的形成, 所得微粒m 。改進(jìn)后界于微球與納米粒之間(平均粒徑為019±012鏈表現(xiàn)出疏水性, 聚乙二醇支鏈表現(xiàn)出親水性, 通過酰氨鍵部分將聚乙二醇連接于殼聚糖骨架鏈上。使殼聚糖的一些鏈段表現(xiàn)出親水性, 以致發(fā)生膠束化作用形成聚集的納米粒子。根據(jù)聚乙二醇接支鏈的長短, 所得納米微粒的粒徑大小可在50150nm 范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)控, 且隨著親水支鏈長度的 684增加, 殼

16、聚糖納米粒子的粒徑逐漸減小。Su Y oung Chae 等19通過用脫氧膽酸對低分子量的殼聚糖進(jìn)行改性, 得到兩性分子在水相中形成納米粒, 可以保護(hù)所包載的基因。自組裝法近年廣泛用于基因運(yùn)載的研究。218反相微乳法W/O 反相微乳法制備納米微粒是近年來藥物在胃腸道中極易被蛋白水解酶水解, 僅限于注射給藥, 再者肽類藥物在循環(huán)系統(tǒng)中生物半衰期較短, 需多次注射, 另外多數(shù)肽類藥物通過生物屏障的能力較差。這類藥物制成殼聚糖納米粒后, 由于藥物外面包覆殼聚糖而不容易被破壞, 因此可用于鼻腔、眼部及胃腸道給藥, 顯著提高藥物的穩(wěn)定性。Alexakis 等制備了小牛胸腺DNA 海藻酸酯微球25, 外面

17、包裹殼聚糖。使藥物不被破壞,60%可以從糞便等排泄物中得較流行的方法之一。W/O 微乳液是由水、油和表面活性劑組成的熱力學(xué)穩(wěn)定體系, 其中水相被表面活性劑單層包裹形成微水滴分散于油相中, 通過控制微水滴的尺寸可以控制超微顆粒的大小。郭躍華等20以碳包鐵納米磁粉經(jīng)稀鹽酸處理后制得碳包鐵納米籠。用此納米籠為磁性內(nèi)核, , 。納米球的性能, 。3殼聚糖納米粒的作用特點(diǎn)及應(yīng)用311藥物緩釋和控釋作用藥物包封于殼聚糖納米粒后, 其, 殼聚糖納米粒作為一種新型的藥物載體, 具有無毒、良好的生物相容性和生物可降解性, 可提高藥物的穩(wěn)定性, 改變給藥途徑, 增加藥物的吸收, 提高藥物的生物利用度等特點(diǎn), 使藥

18、物在體內(nèi)達(dá)到控釋和靶向治療的作用。根據(jù)殼聚糖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和藥物本身性質(zhì), 載藥殼聚糖納米?？梢酝ㄟ^多種方法制備獲得。殼聚糖已成為靶向和緩控釋研究的熱點(diǎn), 特別適合于基因、蛋白質(zhì)、多肽等生物活性大分子藥物的包載, 具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著科研的不斷發(fā)展進(jìn)步, 殼聚糖納米粒將踏入更加廣泛的藥物治療領(lǐng)域, 在眾多化學(xué)合成藥和天然藥物中取得突破。另外, 運(yùn)用現(xiàn)代分子設(shè)計(jì)思想和先進(jìn)合成技術(shù)對殼聚糖納米粒表面進(jìn)行修飾, 使其具有靶器官、靶組織和靶細(xì)胞所要求的選擇性, 也是未來研究的發(fā)展趨勢。參考文獻(xiàn)1BODMEIER R , CH EN H G , PA ERA TA KUL O 1A novel ap 2

19、proach to t he delivery of micro or nanoparticles 1Pharm Res , 1989,6(5 :41341712CalvoP , Remunan -Lopez C ,Vila -J ato JL ,et al 1Novel hydro 2philic chitosan/polyet hylene oxide nanoparticles as proteins carri 2ers 1J Appl Polym Sci ,1997,63:12513213Xu YM ,Du YM 1Effect of molecular structure of c

20、hitosan on pro 2tein delivery properties of chitosan nanoparticles 1Int J Pharm , 2003,250:21514林愛華, 劉奕明, 平其能1殼聚糖納米粒表面游離氨基與納米粒釋放主要決定于殼聚糖的生物降解和溶蝕, 因此藥物的釋放明顯延長。Bugamelli 等用抗壞血酸棕櫚酸酯作為交聯(lián)劑, 制備的胰島素納米粒21能近似恒速的釋放胰島素達(dá)80h 。J ameela 等對黃體酮?dú)ぞ厶俏⑶虻捏w內(nèi)釋放進(jìn)行了研究22,該微球經(jīng)肌肉注射到兔體內(nèi)后, 其血藥濃度在5個(gè)月內(nèi)維持在12ng mL -1水平。312增加藥物的吸收作用殼聚

21、糖納米粒已被證實(shí)能有效地增強(qiáng)藥物通過鼻腔和腸道粘膜上皮的吸收。Femandez -Urrusuno 等對糖尿病兔進(jìn)行鼻腔給藥, 結(jié)果表明在同樣的給藥劑量下, 胰島素殼聚糖納米粒組比對照組的降血糖作用更加強(qiáng)烈和持久。Mooren 等研究了潑尼松龍磷酸鈉殼聚糖納米粒通過小腸上皮粘膜的情況23, 結(jié)果表明, 殼聚糖納米粒能提高藥物通過上皮細(xì)胞的通過率。這是因?yàn)闅ぞ厶潜旧硎且环N安全有效的吸收促進(jìn)劑, 且能夠粘附于粘膜上皮, 增加藥物與上皮組織的接觸時(shí)間, 減少藥物清除, 從而提高藥物的生物利用度。313增加藥物靶向性和降低藥物的副作用研究表明, 腫瘤特性研究1藥學(xué)學(xué)報(bào),2007,42(3 :32332

22、815Pan Y ,Li Y J ,Zhao H Y ,et al 1Bioadhesive polysaccharide in pro 2tein delivery system :chitosannanoparticles improve t he intesti 2nal absorption of insulin in vivo 1Int J Pharm ,2002,249:13916Fernandez -Urrusuno R , Calvo P 1Remunan -Lopez C , etal 1Enhancement of nasal absorption of insulin u

23、sing chitosan nanoparticles 1Pharm Res ,1999,16(10 :158917JanesKA ,Fresneau MP ,Maraznela A ,et al 1Chitosan nanoparti 2cles as delivery systems for doxorubicin 1J Controlled Release , 2001,73:25518OhyaY ,Shiratani M , K obayashi H ,et al 1Release behavior of 5-fluorouracil from chitosan -gel nanosp

24、heres immobilizing 5-flu 2orouracil coated wit h polysaccharides and t heir cell specific cyto 2toxicity 1Pure Appl Chem ,1994,31(1 :6296421細(xì)胞具有比正常細(xì)胞表面更多的負(fù)電荷, 因此殼聚糖所帶的正電荷對腫瘤細(xì)胞表面具有選擇性吸附和電中和作用。此外, 殼聚糖還具有直接抑制腫瘤細(xì)胞的作用, 并通過活化免疫系統(tǒng)促進(jìn)人體抗腫瘤作用, 從而與抗腫瘤藥發(fā)揮協(xié)同作用。小鼠腹膜內(nèi)注射米托蒽醌殼聚糖微球?qū)hrlich 腹水癌的抗癌活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于已報(bào)道的阿霉素白蛋白微球24,

25、 腹膜內(nèi)注射2mg 游離的米托蒽醌, 小鼠的存活時(shí)間為211天, 而相同劑量的藥物微球使小鼠的平均存活時(shí)間達(dá)到了50天, 且6215%的小鼠存活時(shí)間超過60天。314提高藥物穩(wěn)定性隨著重組DNA 技術(shù)的發(fā)展, 基因工程蛋白質(zhì)和多肽類藥物的大規(guī)模生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí), 與傳統(tǒng)的化學(xué)合成藥物相比, 肽類藥物具有毒副作用小的特點(diǎn), 但此類 9Tanima B ,Susmita M , Singh K ,et al 1Preparation ,characteriza 2tion and biodistribution of ultrafine chitosan nanoparticles 1Int J Ph

26、arm ,2002,243(1-2 :93102110Watzke HJ ,Dieschbourg C 1Novel silica -biopolymer nanocom 2posites :The silica sol -gel process in biopolymer organo 2gels 1Adv Coll Interfac Sci ,1994,50:114111Berthold A ,Cremer K , Kreuter J 1Preparation and characteriza 2tion of chitosan microspheres as drug carrier f

27、or prednisolone sodium phosphate as model for anti -inflammatory drugs 1J Cont Rel ,1996,39(1 :1725112Tian XX , Groves MJ 1Formulation and biological activity of 2tineoplastic proteoglycans derived form in chitosan nanoparticles 1J Pharm (2 157113NagamotoT , Hattori K ,et al 1Novel chitosan par 2tic

28、les and chitosan -emulsion inducing immune response via int ranasal vaccine delivery 1Pharm Res ,2004,21(4 :671114Tokumit su H , Hirat suka J ,Sakurai Y ,et al 1Gadolinium neutron-capture t herapy using novel gadopentetic acid -chitosan com 2plex nanoparticles :In vivo growt h suppression of experim

29、ental melanoma solid t umor 1Cancer Lett ,2000,150(2 :177182115El -Shabouri M H 1Positively charged nanoparticles for impro 2ving t he oral bioavailability of cyclosporin -A 1Int J Pharm , 2002,249:101116Hu Y ,Jiang X ,Ding Y ,et al 1Synt hesis and characterization ofchitosan -poly (acrylic acid nan

30、oparticles 1Biomaterials , 2002, 23(15 :31933201117Zhengrong Cui ,Russell J 1Mumper ,chitosan -based nano -par 2685ticles for topical genetic immunization 1J Cont Rel ,2001,75(3 :409419118Y Ohya ,R Cai , H Nishizawa ,et al 1Preparation of PEG -graftedchitosan nanoparticle for peptide drug carrier 1P

31、ro Int Symp Control Rel Bioact Mater ,1999,26(1 :655656119Su Y oung Chae , Sohee Son , Minhyung Lee , et al 1Deoxycholicacid -conjugated chitosan oligosaccharide nanoparticles for effi 2cient gene carrier 1J Cont ,109(13 :330344120, , , 1,42(1 :43471MA , Orienti I , et al 1Controlled insulin re 2chitosan microparticles 1Arch pharm ,1998,331(4 :133138122Jameela SR , Kumary TV ,Lal A V 1Jayakrishnan , Progesteron 2e K 2loaded chitosan microspheres :a long acting biodegradable controlled delivery system ,J 1