周亞平，劉吉偉，李學明

(南京工業(yè)大學藥學院,江蘇南京211800)

早期人們用植物的葉子、動物的皮膚等覆蓋在傷口表面保護傷口，這是最早的創(chuàng)傷敷料形式。隨著研究的深入，研究者們開發(fā)了復(fù)合敷料，將具有愈合作用的各種藥材相互混合，但是愈合緩慢[1]。值得關(guān)注的是，新材料開發(fā)使得創(chuàng)傷敷料類型及功能多樣化，主要包括天然生物材料類敷料、人工合成材料類敷料和礦物質(zhì)類敷料等，其中天然生物材料具有良好的研究和應(yīng)用前景。天然生物材料類創(chuàng)傷愈合敷料具有良好的生物相容性、生物可降解性、止血、加速愈合及抗菌殺菌等優(yōu)良性能，而價格低廉、原料易得、不易引起過敏、易于移除等特性的天然生物材料類創(chuàng)傷愈合敷料更是得到研究者的特別關(guān)注[2]。

圖2 殼聚糖抗菌機制Fig.2 Antibacterial mechanism diagram of chitosan

殼聚糖又稱脫乙酰甲殼素，是帶正電的堿性多糖，由自然界廣泛存在的幾丁質(zhì)經(jīng)脫乙酰反應(yīng)得到的，化學名稱為β-(1→4)-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖。1859年法國人Rouget首先將甲殼素置于NaOH溶液中加熱得到易溶于有機酸的殼聚糖[3]。殼聚糖具有良好的生物相容性、生物可降解性、止血、抑菌殺菌、促進傷口愈合等多種優(yōu)良性能[2]，因此被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、生物工程和食品加工等研究領(lǐng)域。甲殼素來源廣泛，尤其是甲殼類動物，如蝦殼、蟹殼等，每年從不同來源生產(chǎn)的甲殼素達1 000億t。因此，由甲殼素提取得到的殼聚糖在生物醫(yī)藥領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，主要用作止血劑、抗菌劑、傷口敷料和支架等。市售殼聚糖基止血材料HemCon?止血繃帶和Celox?止血粉，已經(jīng)獲得FDA批準，目前這2種材料已經(jīng)成為美軍人手必備的急救物品。

圖1 殼聚糖結(jié)構(gòu)式制Fig.1 Structural formula of chitosan

1 殼聚糖在傷口處理過程中的抗菌作用

當機體出現(xiàn)傷口時，如果不作任何處理將會引起傷口感染，從而引發(fā)很多炎癥反應(yīng)，所以，理想的創(chuàng)傷敷料應(yīng)該具備有效的抗菌活性。近年來，殼聚糖用作抗菌劑備受關(guān)注，殼聚糖及其衍生物對細菌、真菌、病原菌等微生物都具有顯著的抑菌殺菌功能，在傷口處理的過程中可以作為良好的抗菌劑，保護傷口免受感染[4]。殼聚糖發(fā)揮抗菌作用有2個主要的抗菌機制：第1種機制是細菌細胞表面帶有陰離子基團，殼聚糖是陽離子聚合物，兩種帶相反電荷的物質(zhì)之間產(chǎn)生靜電相互作用，在細菌細胞周圍形成了不透水層，抑制重要的物質(zhì)轉(zhuǎn)運，從而產(chǎn)生抑菌功效，如圖2所示[5]；第2種機制是殼聚糖能夠侵入細菌細胞核，抑制了細菌RNA及蛋白質(zhì)合成，研究表明低分子量的殼聚糖或殼寡糖抑制作用更加明顯[6]。

殼聚糖抗菌活性受多種因素影響，內(nèi)在因素包括分子量、濃度及脫乙酰度等，外在因素包括微生物種類、細菌細胞的胞齡、殼聚糖衍生物和殼聚糖敷料形態(tài)等。殼聚糖側(cè)鏈基團的存在，影響殼聚糖抗菌活性，殼聚糖衍生物的開發(fā)能夠提高殼聚糖的抗菌活性。雜環(huán)或芳香族部分取代基的引入可以增加抗真菌活性，研究表明脂肪族側(cè)鏈可以增加殼聚糖抗真菌活性，如Rabea等[7]通過還原胺化反應(yīng)制備不同的N-芐基殼聚糖衍生物對德巴利腐霉和尖孢鐮刀菌具有顯著的抗真菌活性；Jia等[8]合成N-(1-羧基丁基-4-吡啶鎓)殼聚糖氯化物，對灰霉病菌和番茄葉霉病表現(xiàn)出良好的抗真菌活性；Guo等[9]利用O-羧甲基殼聚糖還原胺化制備的N-芐基羧甲基殼聚糖衍生物表現(xiàn)出對尖孢鐮刀菌和番茄早疫病菌的抗真菌活性；而Sun等[10]發(fā)現(xiàn)磺基化殼聚糖對金黃色葡萄球菌具有良好的抗菌作用。

抗生素與殼聚糖協(xié)同作用能有效地提高殼聚糖基敷料的抗菌性能，但是，近年來由于抗生素的濫用導致了多藥耐藥菌的出現(xiàn)，增加了傷口感染風險[11]。研究者發(fā)現(xiàn)無機材料也具有一定的抗菌效果，為進一步提高殼聚糖基抗菌敷料的應(yīng)用，Lu等[12]向聚糖基敷料中加入無機材抗菌劑如納米Ag2O及納米ZnO等，有效地提高了抗菌效果，同時擴大殼聚糖在抗菌方面的應(yīng)用。隨著研究的深入，研究人員發(fā)現(xiàn)無機抗菌劑也存在一些不足[13]，如無機抗菌劑不具備生物可降解性，不能被機體內(nèi)源性吸收，所以，開發(fā)具有生物相容性、生物可降解性的新型抗菌材料與殼聚糖協(xié)同作用，對提高殼聚糖基敷料抗菌方面的應(yīng)用具有重要意義。

2 殼聚糖在傷口處理過程中的止血作用

導致失控性出血的嚴重創(chuàng)傷是全球公共衛(wèi)生問題，創(chuàng)傷性傷害造成的死亡占了意外事故死亡率約十分之一，全世界每年超過580萬人死亡，預(yù)計這一死亡人數(shù)將會在2020年上升到800萬[14-15]。傷口部位嚴重出血若不及時處理，將會出現(xiàn)感染，嚴重情況下將會出現(xiàn)危及到生命的膿毒癥[16]，所以開發(fā)高效快速的止血劑在生物醫(yī)藥材料發(fā)展中極其重要。新型止血材料包括明膠、微纖維膠原、纖維蛋白膠、凝血酶、氧化纖維素或氧化再生纖維素、殼聚糖等，通過對比研究，殼聚糖基止血敷料是非常有效的止血劑，目前，基于殼聚糖及其衍生物的止血劑廣泛應(yīng)用于患者術(shù)后出血控制。研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖凝血機理與殼聚糖正電性相關(guān)，殼聚糖聚合物表面的正電基團能夠和紅細胞膜上的負電基團相互吸引，使得紅細胞相互聚集達到凝血的效果，同時加快凝血因子啟動，增強凝血，如圖3(AnsCareTMChitoClot Bandage安適康殼聚糖止血繃帶)。隨著研究深入，Yang等[17]發(fā)現(xiàn)固態(tài)殼聚糖和殼聚糖溶液遵循不同的止血機制，固態(tài)殼聚糖利用對液體的吸收作用達到止血的效果，殼聚糖溶液主要利用其正電性對帶負電紅細胞進行吸附作用止血。

圖3 殼聚糖止血作用機制Fig.3 Hemostatic mechanism of chitosan

雖然殼聚糖基止血材料具有快速止血的特性，但是在其應(yīng)用過程中仍然存在一些缺陷，這些缺陷限制了殼聚糖基止血劑的應(yīng)用。HemCon止血劑在動物出血模型中能有效止血，但是臨床試驗發(fā)現(xiàn)其不能控制過度出血情況；Celox止血劑會誘導產(chǎn)生嚴重的炎癥反應(yīng)[18-19]。為了彌補這些缺陷，較有前景的方法是向基質(zhì)中添加無機材料對殼聚糖進行修飾，形成有效的凝血復(fù)合支架[20]，如載銀殼聚糖-聚磷酸鹽復(fù)合敷料，因多聚磷酸鹽的加入提高了止血性能[21]；Liu等[22]研究發(fā)現(xiàn)向敷料中摻入黏土礦物可以有效地改善支架性能，如向殼聚糖基材料中加入埃洛石納米管(HNTs)，隨著HNT含量的增加，不僅能提高殼聚糖支架的力學性能，還能提高止血性能。研究表明殼聚糖和CaCO3協(xié)同作用可有效促進凝血[23]，故本實驗室目前正在設(shè)計殼聚糖/ CaCO3凝膠創(chuàng)傷敷料，一方面利用CaCO3促進凝血作用，另一方面CaCO3能夠在酸性條件下生成促凝因子Ca2+加速凝血。然而無機材料不具備生物可降解特性，所以開發(fā)殼聚糖搭載生物可降解特性物質(zhì)，改善殼聚糖力學性能，提高止血特性是重要的研究方向。

3 殼聚糖在傷口處理過程中的傷口愈合作用

傷口愈合是受損傷組織恢復(fù)完整的過程，傷口愈合能夠防止生物體喪失生理平衡。傷口愈合是一個復(fù)雜的過程，涉及凝血、炎癥、細胞增殖、瘢痕形成期、表皮及其他組織再生。殼聚糖基創(chuàng)傷敷料作為理想的傷口敷料，擁有良好的創(chuàng)傷愈合作用，具有良好的生物相容性和生物可降解特性，另外，殼聚糖具有很強的組織黏附性，能夠更好地合成瘢痕組織以及對傷口收縮具有促進作用[24]。

研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖創(chuàng)傷愈合敷料的愈合機制為殼聚糖可以有效地降解釋放N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖，該物質(zhì)在傷口愈合過程中可以促進成纖維細胞的增殖；殼聚糖單體有助于創(chuàng)傷部位有序沉積，刺激創(chuàng)傷部位透明質(zhì)酸的合成增加；殼聚糖為皮膚組織的再生提供了纖維素基質(zhì)，激活巨噬細胞，阻止異常的生長活性，加快全層皮膚的愈合，阻止瘢痕生成，所以殼聚糖及其衍生物可以用作理想的傷口愈合材料[25]。目前殼聚糖基創(chuàng)傷愈合材料有凝膠、海綿、膜、納米粒、微粒及納米纖維等不同形式[26-30]。

傷口愈合是一個復(fù)雜的過程，Mao等[31]設(shè)計的Ag/Ag@AgCl/ZnO雜化納米結(jié)構(gòu)，在光催化條件下釋放Ag+和Zn2+，刺激免疫產(chǎn)生大量的白細胞和嗜中性粒細胞，協(xié)同抗菌并加速傷口愈合；殼聚糖凝膠-納米ZnO復(fù)合敷料，充分利用無機材料提高殼聚糖凝膠力學性能的同時，協(xié)同促進愈合作用[32]；生長因子在創(chuàng)傷愈合中起到非常重要的作用，但是單一的蛋白療法必須持續(xù)釋放才能夠?qū)谟袭a(chǎn)生強效的促進作用，而蛋白治療劑半衰期短，大劑量使用不僅增加成本，還可能導致脫靶效應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)可以將生長因子和凝膠載體材料相結(jié)合，提高凝膠的力學特性，解決生長因子半衰期短的問題，達到高效促進慢性創(chuàng)傷愈合的作用。隨著對創(chuàng)傷愈合研究的深入，新型的愈合技術(shù)及創(chuàng)傷愈合材料慢慢出現(xiàn)，如何將這些新方法新材料同殼聚糖基創(chuàng)傷敷料聯(lián)用，提高愈合效果及力學性能，對殼聚糖創(chuàng)傷愈合敷料的開發(fā)具有重要研究意義[33-35]。

4 殼聚糖在傷口處理過程中的鎮(zhèn)痛作用

鎮(zhèn)痛藥是指可以減輕疼痛的一種藥物，一般情況下，和抗炎作用有關(guān)的藥物，大多數(shù)都可以鎮(zhèn)痛。殼聚糖具有許多生物醫(yī)學方面的應(yīng)用優(yōu)勢，目前被認為是一種理想的創(chuàng)傷敷料。通過對殼聚糖和甲殼素鎮(zhèn)痛差異研究，發(fā)現(xiàn)殼聚糖具有更強的鎮(zhèn)痛效果，有人提出這種鎮(zhèn)痛效果是由殼聚糖陽離子特性產(chǎn)生，殼聚糖上的氨基可以吸收炎癥部位的質(zhì)子，達到減輕炎癥、鎮(zhèn)痛的效果。而酸性條件下，殼聚糖溶液中游離的伯氨基降低了所在區(qū)的pH，能夠起到長效鎮(zhèn)痛的作用[36]，但是，鎮(zhèn)痛效果并不顯著。有研究發(fā)現(xiàn)含有嗎啡的殼聚糖和N,O-羧甲基殼聚糖產(chǎn)品能夠提供8～12 h的鎮(zhèn)痛效果，所以，將殼聚糖基創(chuàng)傷敷料與鎮(zhèn)痛藥聯(lián)合開發(fā)，能有效地提高創(chuàng)傷敷料鎮(zhèn)痛效果，減輕患者的疼痛[37]。

5 結(jié)論與展望

殼聚糖是自然界唯一的帶正電的堿性多糖，在創(chuàng)傷愈合過程中發(fā)揮重要的作用，具有良好的生物相容性、生物可降解性、止血、抗菌、愈合、鎮(zhèn)痛及無毒等特性，可以作為良好的抗菌劑、止血劑、愈合劑以及鎮(zhèn)痛劑。隨著對傷口處理過程研究的深入，影響創(chuàng)傷愈合的因素很多，雖然殼聚糖表現(xiàn)出適應(yīng)傷口愈合全過程的功能特性，但是單一使用殼聚糖滿足不了生物醫(yī)學的需求，而殼聚糖在研究和應(yīng)用過程中存在一些缺點，如殼聚糖只有在溶液中才能產(chǎn)生有效的抗菌效果；凝膠、海綿和膜等形式的殼聚糖基敷料，力學性能較差，這些都是需要解決的問題。

本篇綜述主要討論殼聚糖作為創(chuàng)傷敷料，在抗菌、止血、愈合和鎮(zhèn)痛方面的機理及應(yīng)用，并且對殼聚糖在應(yīng)用過程中存在的缺陷進行分析，結(jié)合目前創(chuàng)傷研究新進展新發(fā)現(xiàn)，提出改進方法，進一步提高殼聚糖的應(yīng)用。創(chuàng)傷處理是一個復(fù)雜的過程，涉及止血、抗菌和瘢痕生成等，殼聚糖表現(xiàn)出這些特征，但仍然存在一些問題，通過對殼聚糖衍生化修飾，有助于提高殼聚糖抗菌譜；同新型止血材料、抗菌材料及抑制瘢痕生成材料協(xié)同作用，可以有效地提高創(chuàng)傷處理效果；無機材料如ZnO、AgO等展現(xiàn)出良好的抗菌、止血等特性，殼聚糖與無機材料協(xié)同作用，既可以提高創(chuàng)傷處理效果，也可以提高創(chuàng)傷敷料的力學性能。

目前創(chuàng)傷愈合敷料主要研究方向為促進慢性傷口持續(xù)愈合；通過無機抗菌材料，協(xié)同促進愈合；針對特殊傷口，如糖尿病足、潰瘍性腿和皮膚癌傷口的治療與促進愈合等，可以充分利用殼聚糖自身的優(yōu)勢，將殼聚糖的應(yīng)用與創(chuàng)傷愈合研究最新最熱研究方向相結(jié)合，擴大殼聚糖應(yīng)用的同時，促進生物醫(yī)藥材料的開發(fā)。