医药新“壳”技：聚焦壳聚糖的生物医药应用

来源：作者：人气：-发表时间：2025-07-23 13:22:00【大中小】

壳聚糖 (chitosan) 是甲壳素脱乙酰化的天然生物高分子，有类似于葡聚糖胺的结构特性，由多个N-乙酰基-D-葡聚糖胺单体通过β-1,4-苷键连接的天然碱性多糖，结构如图1所示。作为壳聚糖的原料，甲壳素广泛存在于虾、蟹的外壳以及真菌和一些藻类植物的细胞壁中，是仅次于纤维素的第二大天然高分子。

图1 壳聚糖结构

壳聚糖的制备方法主要可分为化学法和生物法；化学法合成主要通过对原料进行脱钙、去蛋白获得甲壳素后，继续对甲壳素进行脱乙酰化制备得到壳聚糖；生物法则主要利用微生物发酵技术，通过菌株改造实现壳聚糖的生产过程，也可通过酶催化作用对原料进行蛋白去除或乙酰化去除实现壳聚糖的生产。目前国内主流的壳聚糖生产工艺还是以化学合成为主，同时通过对壳聚糖的修饰和改性，通过酰化、羧甲基化或磷酸化等反应引入不同的功能基团，制备不同功能集团的壳聚糖衍生物，对壳聚糖进行改性，改变其溶解性、抗菌性或其他功能。

壳聚糖是甲壳动物、昆虫的角质及微生物细胞的主要结构组成成分，被誉为是继蛋白质、脂肪、糖类、维生素和无机盐之后的第六生命要素，在地球上可生物合成与生物降解，且对动、植物的器官组织及细胞几乎没有免疫抗原性。因而壳聚糖具有以下特点：

1. 良好的生物相容性和生物安全性，壳聚糖及其降解产物无毒、物免疫抗原性；

2. 良好的生物可降解性；

3. 具有抑菌或抗菌性，壳聚糖对许多细菌和真菌都具有一定的抑制作用；

4. 良好的吸附性，壳聚糖可吸附多种金属离子，如二价或三价金属离子；

5. 具有不同溶解性，在碱性或中性环境中可形成凝胶。

壳聚糖优异的生物相容性、可降解性、抗菌性、黏附性等特性使其广泛应用于生物医药和制剂中。有研究表明，壳聚糖具有抗酸、抗溃疡，促进伤口愈合等性质；作为各种剂型的辅料，壳聚糖既可用作片剂崩解剂、黏合剂，也可制成颗粒剂、眼用膜剂等。

药物递送方面应用

在药物递送方面，壳聚糖及其衍生物可作为药物载体，通过结构调节实现药物的靶向递送、缓释或提高药物的稳定性。由于壳聚糖为天然的碱性多糖，表面带有正电荷，可通过静电作用与带负电荷的药物如核酸、蛋白质、小分子药物结合，形成稳定的纳米颗粒或纳米胶束，有助于提高药物的组织通透性和滞留效应，靶向富集于肿瘤部位，减少对正常组织的毒性。

通过乳化或交联制备的壳聚糖微球，可用于包埋水溶性或脂溶性药物，用于多种途径的局部给药，由于壳聚糖在不同pH条件下溶解性差异，壳聚糖微球可抵抗胃酸破坏，优化肠道粘膜吸收。

功能化修饰的壳聚糖，通过不同功能基团引入可以改善壳聚糖性能，如聚乙二醇修饰的壳聚糖可极大的提高纳米颗粒的稳定性，延长药物循环，增强药物递送的效率和作用时间；羧甲基修饰的壳聚糖通过交联形成水凝胶，形成高含水量的多孔结构，可用于装在水溶性药物或生物活性分子，也可用于干细胞因子装载，用于促进组织修复时的局部因子持续释放。

创伤护理方面应用

在创伤护理方面，壳聚糖及其衍生物的抗菌性、止血性和促修复等特性使其成为理想的伤口敷料。壳聚糖分子中的氨基可破坏细菌细胞膜（尤其是革兰氏阴性菌），发挥天然抗菌作用；壳聚糖的一些衍生物如壳聚糖季铵盐，因增强了水溶性和正电荷密度，抗菌活性更强。同时，壳聚糖带正电的特性，能快速吸附血液中带负电的血小板和红细胞，激活血小板聚集并促进凝血酶形成，快速止血；此外，壳聚糖还能吸收创面渗液形成凝胶状保护层，维持适度湿润环境，避免传统纱布干燥粘连导致的二次损伤，更关键的是，其降解产物氨基葡萄糖可激活成纤维细胞和血管内皮细胞，加速肉芽组织形成，促进创面伤口愈合，因此壳聚糖及其衍生物在创伤辅料领域中得到越来越多的关注和应用。

组织工程方面应用

在组织工程领域，壳聚糖及其衍生物的三维多孔结构可模拟细胞外基质，以生物材料支架的角色，为细胞提供生长支架，同时支持营养物质和代谢产物的运输，可应用于骨、软骨、皮肤等组织的修复。

壳聚糖与羟基磷灰石、磷酸三钙等无机材料复合，可制备骨支架（如多孔支架、纤维支架），兼具生物相容性和骨传导性，同时壳聚糖的降解产物可促进成骨细胞增殖分化；壳聚糖与胶原、透明质酸等复合制备的支架，可负载角质形成细胞、成纤维细胞，构建人工皮肤，可用于大面积烧伤或皮肤缺损的移植。

壳聚糖通过冷冻干燥、静电纺丝等技术，可构建孔隙率达80%-95%的三维支架，其孔径（50-300μm）与天然细胞外基质高度匹配，能够很好的引导细胞迁移、增殖并分泌胞外基质。

壳聚糖及其衍生物式一类具有独特生物活性的高分子化合物，作为一种天然生物安全、生物相容性、可降解、可再生且来源丰富的资源，已受到了广泛的关注和重视，是一种生物医药上很有发展潜力的功能性天然多糖。随着深入的研究和探讨，壳聚糖及其衍生物必将在医学领域中开拓更新、更广的应用前景。

壳聚糖及其衍生物产品列表信息

产品名称	CAS	主要应用
壳聚糖	9012-76-4	缓释载体材料、靶向制剂载体等
羟丙基壳聚糖	104673-29-2	药物载体、敷料、抑菌涂层等
羧甲基壳聚糖	83512-85-0	药物载体、伤口敷料等
羟乙基壳聚糖	123938-86-3	药物递送、组织工程等
壳聚糖盐酸盐	70694-72-3	口服液制剂、凝胶等
N-三甲基壳聚糖	52349-26-5	药物释放、组织工程等