摘要：甲壳素脱N-乙酰基产物为壳聚糖，可以发挥出生物学活性和物理化学特性。在疾病预防和治疗过程中壳聚糖发挥着重要的作用，近些年在生物医学中获得一定的成就。本文主要分析了壳聚糖在生物医学和药物应用方面，为壳聚糖应用提供参考，推动我国生物医学领域可持续发展。

关键词：壳聚糖;生物医学;药物;应用研究

壳聚糖是一种天然的生物生物高分子聚合物，其中包含天然带正电荷含有利氨基酸均态糖，而且在虾蟹等甲壳类动物中广泛存在。壳聚糖属于一种天然高分子化合物，包括复杂的双螺旋桨结构，对比甲壳素，壳聚糖具有较好的反应活性和溶解性能。在中性和碱性溶液中，壳聚糖的溶解性比较差，而且在特定环境中将会产生不同的化学反应，从而生成不同的壳聚糖衍生物，因此壳聚糖的应用范围非常广泛，并且具有较高的利用价值。根据甲壳素的来源和分离方法，可以划分壳聚糖质量标准，也可以结合壳聚糖的不同特性选择具体的应用场合。因为壳聚糖具有良好的生物相容性和降解性以及安全性等优势，因此在生物医药和药物等领域中广泛利用壳聚糖。

一、壳聚糖的特性

（一）溶解性

在5.0PH值范围内的酸性介质中可以溶解壳聚糖，提高壳聚糖的脱乙酰度，将会加快膜的溶解速度，在酸性和中性介质中壳聚糖可以维持稳定性。壳聚糖的N-酰化产物可以在水和稀酸等溶液中溶解，取代基直接关系到溶解度，并且可以发挥出吸湿保水性。在水溶性壳聚糖制备过程中可以利用以下三种方法：1.控制甲壳素脱乙酰化反应条件，同时控制脱乙酰度，可以获得高分子量的水溶性壳聚糖。2.利用壳聚糖的氨基和羟基的活性特色，将亲水基团加入到大分子链中，通过合理控制反应条件，可以获取各种结构的水溶性壳聚糖衍生物。3.在适当条件下，可以解聚壳聚糖，从而获取分子量较低的水溶性物质，从而优化壳聚糖溶解性，推动壳聚糖改性研究【1】。

（二）血液相容性

壳聚糖是一种天然生物医用材料，因为壳聚糖血液相容性特征，可以在抗凝血性生物材料研究中可以利用壳聚糖，可以发挥出壳聚糖的优势性能，增多N-酰基中碳原子数量之后，将会提高N-酰化壳聚糖的抗凝血性能，而且N-酰化壳聚糖血液相容性比较强。凝液非常复杂，超微结构直接关系到N-酰化壳聚糖膜的血液相容性，增多N-酰基中的碳原子数量，将会逐渐减小小纤维微小单元的直径，并且提高膜表面的光滑性，减少血小板的粘附数量，从而提高抗凝血性能。在制膜阶段增加致孔剂用量，降低壳聚糖膜的血液相容性。在壳聚糖中引入磺酸基和羟基等，可以大幅度提高材料抗凝血活性。

（三）生物可降解性

在壳聚糖降解过程中，将会水解为小分子和胺基葡萄糖，可以提高降解液的PH值，可以在止酸和消炎等药物中利用。壳聚糖的分子量不同，也会增加生物降解速度的差异性。降低壳聚糖分子量，将会提高降解速度。壳聚糖相对含量直接关系到膜的降解速度，如果壳聚糖相对含量比较少，将会提高混合膜的降解速度。利用溶菌酶可以促进壳聚糖降解，这也是今后主要研究方向【2】。

二、壳聚糖在生物医药和药物中的应用

（一）抗细菌活性

壳聚糖具有很强的抗菌活性，细菌类型和分子质量以及脱乙酰度直接关系到壳聚糖的作用方式，但是当前还没有明确相关机制。针对低分子的壳聚糖可以利用细菌细胞壁结合DNA，抑制DNA转录过程，同时可以调整细胞生理活动，高分子的壳聚糖可以结合细菌细胞壁带负电荷成分，从而形成封闭膜，可以控制细菌信息传递，因此降低了细菌活性。

革兰氏阳性菌细胞壁中包含肽聚糖，而且包含负电荷的磷壁酸，如果PH小于6，壳聚糖的正电荷氨基组分可以结合革兰氏阳性菌聚糖层磷壁酸，因为发挥出静电作用，可以水解细胞壁中的肽聚糖，因此泄露胞内的电解质和蛋白质等，因此紊乱细菌功能，发挥出杀菌活性。脂蛋白和脂多糖形成的外膜全面覆盖革兰氏阴性菌胞质中的肽聚糖，因此在杀菌过程中需要穿透外膜，利用壳聚糖氨基和革兰氏阴性菌外膜磷脂反应，可以因此破坏外膜结构，从而发挥出杀菌作用。主要工作机制为：利用壳聚糖和外膜脂多糖的阴离子发挥出静电作用，分解外膜结构之后将会引发物质流失，在细菌内进入到壳聚糖，从而紊乱细胞功能。如果PH超过PKa，那么金属阳离子将会发挥出蛰合作用，细菌因此无法形成金属酶，因此抑制细菌生长。因为粪肠球菌很容易感染尿路，在宿主体中会产生生物膜，增加治疗难度。在穿透细菌之后将会产生生物膜，这也是这类细菌根除的重要措施。细菌生物膜处于细菌周围，可以控制免疫应答反应。形成细菌生物膜的过程中会表达出毒性和抗药性基因，同时会改变寄生细菌表面蛋白构象，可以改变产膜细菌基因，其中重要的根除方法是实现细菌的不耐药【3】。

（二）抗真菌活性

分子质量和乙酰基化程度以及真菌种类等直接关系到壳聚糖抗真菌作用，壳聚糖的分子质量和乙酰化较低，将会发挥出良好的抗菌作用。皮肤癣病通常感染的真菌包括小孢子菌属和毛发癣菌属等，主要是在皮肤和支架部位发病，危害人体健康。皮肤癣病需要经过长期治疗，如果杀菌剂效果较好，也会随之增长毒性。利用壳聚糖纳米微粒可以抑制真菌和皮肤癣菌生长，而且不会被真菌降解壳聚糖。主要致病原因是因为形成了真菌生物膜，在人体中普遍存在生物膜，而且生物膜具有较高的多元化和精密度，对比一种真菌形成的生物膜，多种类真菌形成的生物膜将会产生严重的感染问题。生物膜表面包围着较多的高分子多聚糖，将会降低抗菌剂的功效，而且会降低真菌敏感性，免疫反应因此被抑制。胞外存在较多的基质，将会增强真菌抗药性。利用壳聚糖纳米微粒可以治疗女性阴道炎，可以发挥出生物相溶性和无毒性等作用。利用壳聚糖稳定硒纳米微粒可以破坏生物膜，并且进入大真菌内部，因此控制真菌的活性，也可以在体外应用，例如可以在生物医学设备和表面灭菌器中利用。

（三）抗肿瘤活性

基因治疗机制主要是操作癌细胞外源性核酸物质。利用核算疗法，在人体靶组织进入的过程中将会遇到较多的障碍，例如因为酶促讲解缩短血浆半衰期，快速清除生物，将会影响到核酸疗法的功效。因为细胞膜表面缺乏电荷斥力和内体小泡，因此将会减少细胞中进入的核算数量。因为壳聚糖表面存在复合物，而且核算疗法传输工具可以清除基因疗法的阻碍。壳聚糖利用凋亡机制将癌细胞杀死，可以快速繁殖T-淋巴细胞，也可以调控凋亡蛋白酶活性，癌细胞的黏着力因此减低。利用壳聚糖去乙酰基和分子量，可以控制癌细胞增长，有效控制癌细胞繁殖【4】。

（四）抗艾滋病活性

利用壳聚糖可以提高细胞抵抗菌株的溶解活性，而且壳聚糖纳米颗粒可以发挥出高效靶向作用，可以有效抑制T细胞中的HIV增殖。实现壳聚糖硫酸化之后，可以控制HIV-1诱导多核体生长，并且可以避免细胞被感染。减少纳米微粒之后，可以增加一般黏膜粘附性，但是利用大体积的壳聚糖纳米微粒可以控制传播HIV，通过结合药物胶囊化和黏膜粘附率，有利于优化整体使用效果。

（五）抗氧化活性

机体通常情况下动态化平衡氧化和抗氧化，增加活性氧簇或者自由基产量，将会引发机体氧化应激，降低机体氧化应激反应，降低机体抗氧化能力之后，扰乱蛋白质和脂质的代谢，引发各种病变。利用壳聚糖可以及时清除自由基，可以促使游离的自由基变成化合物，并且通过机体作用向体外排出。壳聚糖只能在特定酸溶液中溶解，因此限制壳聚糖的应用范围，通过壳聚糖化学改性，有利于扩大壳聚糖使用范围，同时可以增强壳聚糖功能。结合壳聚糖和没食子酸，还可以发挥出还原性作用，及时将DPPH清除干净【5】。

（六）抗炎

近些年人们不断增加抗炎特性的生物材料的需求，主要是为了治疗炎症。壳聚糖是一种高分子物质，可以控制释放TNF-α和NO。为了提高免疫力需要利用抗原提呈细胞和巨噬细胞等。利用壳聚糖实现巨噬细胞激活，从而产生单核因子，而且壳聚糖可以促进细胞分泌出促炎性因子，可以提高免疫能力。

（七）用于人造组织和器官

制定治疗方案的过程中，需要通过工程学利用再生材料。因此在再生器官和组织改善修复过程中，可以利用包含天然聚合物的功能性材料。壳聚糖具有生物可降解性和生物相容性等特征，可以在人造组织和器官中用壳聚糖，可以及时生成纤维和海绵体等物质，而且利用壳聚糖可以激活巨噬细胞，优化免疫反应，壳聚糖中没有蛋白物质和脂肪等，因此不会因为特殊抗体而产生排斥反应【6】。

（八）促进伤口愈合

伤口愈合指的是机体再生进程，细胞之间共同修复受损的组织，同时可以保障内环境的稳定性。利用壳聚糖可以增殖人角质，而且利用低分子质量的壳聚糖可以发挥出更加明显的效果。壳聚糖抗菌活性直接关系到伤口愈合效果。壳聚糖和相关衍生物等加快愈合伤口。在伤口愈合的过程中，利用肽修饰的壳聚糖水凝胶可以增殖和迁移细胞，同时可以合成胶原蛋白。壳聚糖复合创面敷料负载于壳聚糖基质上，还可以交联其它材料，使敷料的机械强度因此提高，加快增殖细胞，同时可以更好的愈合伤口，使抗菌活性因此增强。

（九）预防心血管和老年疾病

出现氧化应激和炎症等会引发老年疾病。因为壳聚糖具有独特的分子结构，并且具有良好的活性，通过发挥出抗氧化和抗炎活性可以有效抑制老年代谢紊乱的的疾病。例如向高脂小鼠灌入胃壳聚糖，可以降低非高密度脂蛋白和甘油三酯的含量，有效控制主动脉正面病变的面积，还可以减少主动脉根部的斑块面积。此外利用壳聚糖可以抑制Aβ1-42原纤维生成，而且可以降低成型的纤维，避免损伤海马神经细胞。此外发挥出壳聚糖抗氧化活性和神经保护作用，可以在预防和治疗AD中利用壳聚【7】。

（十）在医药中利用

壳聚糖可以发挥出不同的药理功能，可以在抗菌抗霉剂和伤口敷料以及抑制等药物中利用壳聚糖，因此当前在医药方面广泛利用壳聚糖。脱乙酰壳聚糖具有碱性多糖特征，可以发挥出止痛消炎等作用，因此在胃溃疡抑制过程中利用，将壳聚糖作为可接枝药物，可以实现小分子药物的大分子化，而且具有长效性和低副作用的优势。脱乙酰壳聚糖可以降低胆固醇和血脂，主要是发挥出氨基作用，可以在降低胆固醇药物中利用。因为脱乙酰壳聚糖具备抗血栓作用，经过分子修饰作用，可以获取类似肝素的结构，具有较高的抗凝血能力，可以综合发挥出多种药理作用，平衡人的体液，快速排泄Na+离子。

壳聚糖可以抑制多种病菌和寄生虫，粉碎甲壳质为粉末，并且融入生理盐水，在体内注射之后可以开展抗原体反应，使人体的免疫能力因此提高。通过利用壳聚糖可以增强巨噬细胞的活性，促进淋巴因子的产生，提高人体免疫能力。利用N-羟甲基壳聚糖可以抑制口腔细菌，也可以在牙膏配方中利用N-羟甲基壳聚糖，有利于预防牙病【8】。

脱乙酰N-羟甲基壳聚糖还可以发挥出白细胞凝集作用，而且不会影响到正常的骨髓细胞，通过加强研究甲壳素和脱乙酰壳聚糖以及衍生物，有利于推动抗癌药发展。

结束语：

壳聚糖具有安全性和可降解性等特征，因为壳聚糖的分子结构比较特殊，可以发挥出各种生物活性，因此可以在生物医学和药物等方面广泛利用壳聚糖。当前在食品和化妆品等行业中广泛利用壳聚糖，而且在人体保健和疾病治疗等方面也发挥着重要的作用。在今后发展过程中需要加强开发壳聚糖活性，保障壳聚糖应用的经济效益。

参考文献：

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[3]洪伟勇，周旭晖，金陈浩，王金明，郭钫元，杨根生.载阿霉素红细胞膜壳聚糖靶向纳米粒的制备及评价[J].中国药房，2022，33（13）：1594-1599.

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[8]冯自立，孙茜，陈旺，胡代花，白瑜，朱志斌.叶酸修饰壳聚糖在肿瘤靶向制剂中的研究进展[J].医药导报，2021，40（01）：94-99.

作者简介：罗明艳，女，贵州省黔西南州贞丰县人，本科，贵州康源生物科技有限公司研发部研发人员，主要从事研发工作。