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天然高分子生物材料在创面敷料中的应用研究
摘要: 创面的护理在临床中的挑战比较大,因为创面的特殊性需要护理人员相当的耐心谨慎。随着湿润创面护理理念的提出,对敷料材料提出了新要求,推动了创面敷料材料的发展,并相应地出现各种新形态的敷料材料。使用适宜的医用敷料可临时替代受损的皮肤,降低感染概率,促进创面愈合。新型的生物材料作为敷料材料使用,具有无可比拟的优势。因此本文对作为敷料材料应用的葡聚糖、纤维素、海藻酸钠、透明质酸钠、海藻糖等新型生物材料的特性以及应用现状进行概述,以促进新型医用敷料中天然高分子生物材料的药用和临床应用。
1. 皮肤是人体抵抗细菌、病毒等外界侵害的第一道防线,皮肤伤口感染、大面积烧伤以及术后修复等一直是医学临床关注的重点问题,对于医用敷料的使用较为严格,其需要具备高透氧性、易吸收性、易揭除性等优点,为创面提供透气、无菌的愈合环境,帮助患者尽快恢复,降低痛感,避免感染和发炎等,良好的医用敷料的应用对于降低医疗工作量也有很大作用。葡聚糖、纤维素、海藻酸钠、透明质酸钠、海藻糖等天然高分子生物材料因具有良好的生物相容性等备受医疗行业关注。传统上使用的纱布类敷料,无法保持创面湿润, 创面愈合慢;敷料纤维容易和肉芽组织融合,造成异物反应,同时又造成换药的疼痛;纱布敷料则需要频繁换药,换药的工作量大,且纱布敷料的换药,会造成新生组织的损伤。增加新的创伤根据湿润创面处理理论,湿润的创面环境促进上皮形成、减缓敷料在伤口移动的不适帮助伤口恢复。湿润创面处理的理念更具有先进性。
2. 常见的新型医用生物敷料
2.1葡聚糖
葡聚糖是一种由葡萄糖组成的细胞壁同型多糖,在粮食、谷物、酵母菌、真菌中都可获得,常见的为β-葡聚糖,有较高的生物相容性,葡聚糖的各项优异生理特性是其被医疗行业积极引进的重要因素。β-葡聚糖是以葡萄糖为单元,由β-1,3-1,6-键连接而成的多糖,存在于某些微生物生长过程所分泌的粘液中,分子量在50万左右。将β-葡聚糖按照1%的添加量加入到明胶或者卡波姆体系中混合成凝胶或液体状,辅以适当的辅料添加,如甘油、聚乙烯醇、三乙醇胺、海藻糖和适当的防腐剂,能够形成多孔疏松材料,这样的材料具有 90~150nm 的多孔球形结构;并以此为基础,能够在创面形成创面覆盖膜,盖覆盖膜并不被人体吸收,从而能够更好的保护创面,可广泛应用于非慢性创面,如擦伤、皮肤表皮损伤、自然腔道黏膜损伤(阴道黏膜、肛肠黏膜等),对于慢性创面的使用需更进一步的深层研究。另有报道β-葡聚糖在调节免疫方面的作用 可在一定程度上减少创面感染,对于该描述,本研究通过创面的不可吸收研究,并没有直接证据证明其在直接外用并且作用于创面是通过调节创面细胞免疫方面的作用。因为β-葡聚糖酶是一类能够特异性水解β-1,3-葡聚糖中β-1,3-糖苷键的酶类,其水解生成的产物为一系列不同大小的寡糖或单糖,其免疫调节的作用更多于应用于食用型相关产品,在消化道与各种酶发生反应,从而起到免疫调节的作用。发生免疫相关的作用也可能是需要添加更大的比例能够促进其在创面吸收,从而才能起免疫作用。
2.2纤维素
纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖,是组成植物细胞壁的主要成分。棉花、亚麻、芋麻和黄麻部含有大量优质的纤维素。木头中纤维素含量约为50%,棉花的纤维素含量更高,达90%。木材中的纤维素则常与半纤维素和木质素共同存在。
纤维素是一种复杂的多糖,有8000至10000个葡萄糖残基通过β-1,4-糖苷键连接而成。天然纤维素为无味的白色丝状物。纤维素不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂,但在加热的条件下会被酸水解,主要的生物学功能是构成植物的支持组织。
纤维素是以葡萄糖为单元,由β-1,4-糖苷键连接而成的多糖,提取自多种植物以及微生物中,分子 量为5万到250万。在这些来源的维素中,细菌来源的纳米纤维素受到了格外的关注。这些由微生物产生的纳米纤维素由于具有良好的生物兼容性、可降解性、亲水性,以及广泛的化学可塑性特性成为新的选择。纳米纤维素适合于制作成各种膜材料用于创面敷料上,特别是作为基础性的支撑或固 定结合其他材料混合使用纳米纤维素形成的 敷料材料膜适合于大面积的皮肤损伤或是皮肤移 植[。更进一步地,通过把微生物纤维素浸没于壳聚糖溶液,然后进行冻干就可以获得纤维素和壳寡 糖的混合物,该混合物具有更好的生物兼容性,而且 结合了壳寡糖的优势,已经成功地被用在创面敷料 以及细胞工程上。另一方面,通过在纤维素基架 上引入一定比例的羧甲基基团,形成羧甲基纤维素, 使纤维素获得溶解性,从而可以形成具有一定粘度 的溶液,其水溶液除具有粘性以外,还具有成膜、水 分保持、胶体保护以及乳化的特性。利用改性的羧 甲基纤维素作为支架,以 PEG6000进行凝胶纺丝, 可以得到物理特性改进的水凝胶覆盖材料。通过羧 甲基纤维素的交联可以减少凝胶的膨胀性,提供一个三维的支撑结构和多孔吸水的特性,从而改善水凝胶最终的特性。
2.3海藻酸钠
海藻酸钠是从褐藻类的海带或马尾藻中提取碘和甘露醇之后的副产物,其分子由β-D-甘露糖醛酸(β-D-mannuronic,M)和α-L-古洛糖醛酸(α-L-guluronic,G)按(1→4)键连接而成。海藻酸钠的水溶液具有较高的黏度,已被用作食品的增稠剂、稳定剂、乳化剂等。海藻酸钠是无毒食品,早在1938年就已被收入美国药典。海藻酸钠含有大量的—COO-,在水溶液中可表现出聚阴离子行为,具有一定的黏附性,可用作治疗黏膜组织的 药物载体。在酸性条件下,—COO-转变成—COOH,电离度降低,海藻酸钠的亲水性降低,分子链收缩,pH值增加时,—COOH基团不断地解离,海藻酸钠的亲水性增加,分子链伸展。因此,海藻酸钠具有明显的pH敏感性。海藻酸钠可以在极其温和的条件下快速形成凝胶,当有Ca2+、Sr2+等阳离子存在时,G单元上的Na+与二价阳离子发生离子交换反应,G单元堆积形成交联网络结构,从而形成水凝胶。海藻酸钠形成凝胶的条件温和,这可以避免敏感性药物、蛋白质、细胞和酶等活性物质的失活。由于这些优良的特性,海藻酸钠已经在食品工业和医药领域得到了广泛应用。 而海藻酸钠具有吸收自身20倍体积的强水分吸收能力,这样的特性为创面提供一个湿润的环境,同时该特性为调控伤口的水分,吸收伤口渗出液提供一个良好的载体,因而海藻酸钠适合作为水凝胶覆盖材料使用。但海藻酸钠的缺陷在于缺乏吸附特性,粘着力较弱,单独作为凝胶使用没有足够的表面吸附力, 还需要和其他材料联合使用以提供粘着力。
2.4 透明质酸钠
透明质酸钠起到组织润滑剂的作用,被认为在调节相邻组织之间的相互作用中起重要作用。它在水中形成粘弹性溶液。溶液的高粘度为组织(虹膜、视网膜)和细胞层(角膜、内皮和上皮)提供机械保护。溶液的弹性有助于吸收机械应力并为组织提供保护性缓冲。在促进伤口愈合方面,人们认为它充当保护性运输工具,将肽生长因子和其他结构蛋白带到作用部位。然后酶促降解并释放活性蛋白质以促进组织修复。潮湿的夏季,对化妆品保湿作用的要求。透明质酸钠的保湿性与其质量有关,质量越高,保湿性能越好。透明质酸钠作为保湿剂较少单独使用,常与其他保湿剂配合使用。人体结构中本身就包 含有透明质酸所以透明质酸作为创面敷料不会引起人体免疫反应。透明质酸具有很高的水分吸收和滞留能力,而且其可以和蛋白质、蛋白多糖、生长因子等重要的活性成分相互吸附和结合,支持新生血管的生成和血管修复,从而帮助伤口愈合。
2.5 海藻糖
海藻糖又称为漏芦糖、蕈糖,是由两个葡萄糖分子组成的一个非还原性双糖,分子式为C12H22O11 。海藻糖结构式为α-D-吡喃葡糖基~α-D-吡喃葡糖苷,经常以二水化合物存在,分子式为C12H22O11·2H2O。 海藻糖是一种典型应激代谢物,能够在高温、高寒、高渗透压及干燥失水等恶劣环境条件下在细胞表面形成独特的保护膜,有效地保护生物分子结构不被破坏,从而维持生命体的生命过程和生物特征。 由于海藻糖具有极强的保湿作用及防晒、防紫外线等多方面的生理功效,可以作为保湿剂、保护剂等添加到 乳液、面膜、精华素、洗面奶中,还可作为唇膏、口腔清洁剂、口腔芳香剂等的甜味剂、品质改良剂。无水海藻糖还可以用于化妆品中作为磷脂以及酶的脱水剂,其脂肪酸衍生物还是优良的表面活性剂。经研究发现,海藻糖由于其优异的物理特性被广范应用于敷料创面中,如皮肤非慢性创面、痔疮创面、褥疮创面等。
展望:
创面敷料正在处于一个新变革时期,各种新材料、新型态、新应用陆续涌现。生物多糖大分子作为天然来源的材料,具有无毒、免疫抗原性小、不含有机溶剂的优点。但是由于生物多糖材料的结构复杂 性,在加工制作工艺上难度大。而利用化学法合成 的有机材料容易加工成各种形态的敷料,因而有机 材料仍是工业界敷料材料的主要力量。但有机合成 的材料在吸水性上仍无法和一些新兴的生物多糖分子相比,生物多糖分子卓越的水分容纳和平衡特性是有机合成材料仍无法超越的。 因而对各种已有生物多糖大分子,特别是微生物发酵和植物提取得到的多糖大分子材料进行生物法或是化学法改性,以及各种材料的搭配和各种材料不同特性的适配,实现材料性能的互补,将促进这些材料的进一步利用。对生物多糖大分子在敷料新材料的研发不但促进公众健康的改善,促进大健康产业的发展,也促进当地农产品产业链的升级。然而,生物材料的开发,需要多学科的协同研究,需要 材料、高分子、医学、分子生物学等领域的相互合作, 才能得到真正有应用前景的新材料。天然高分子生物材料来源广泛、性能优越。传统简单的医用敷料无法满足如今人们对伤口治疗和护理的较高要求,天然高分子生物材料的出现,促进了医疗事业的发展。新型医用生物敷料具有很好的生物相容性、抗菌性、透气性等,不仅提升了医用敷料的使用舒适度、减轻了患者的不适,值得在临床推广应用。
作者介绍:
姓名
赵利,男,广东药科大学 产品研究 副教授 1972年4月10日 硕士
李杰 ,男,广东省药物研究 产品研究 副教 1977年6月13日 硕士
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