胶原微球作为药物载体的研究进展_石婧圆

胶原微球作为药物载体的研究进展石婧圆　陈燕忠　吕竹芬【摘要】　近年来,微粒给药系统的发展为大分子药物靶向及缓控释给药提供更多的方法,但对药物载体的要求也越来越高。

胶原因其良好的生物相容性、生物可降解性及极低的免疫原性成为药物载体材料研究的新热点。

本文对胶原作为药物载体的研究进展进行了综述,包括胶原微球、胶原包衣微球及胶原复合材料微球的研究。

【关键词】　胶原微球;药物载体C o l l a g e nMi c r o p a r t i c l e s i nD r u gD e l i v e r y S H I J i n g -y u a n ,C HE NY a n -z h o n g ,L VZ h u -f e n .I n s t i t u t e o f P h a r -m a c e u t i c a l S c i e n c e s ,G u a n g d o n gC o l l e g e o f P h a r m a c y ,G u a n g z h o u 510006,C h i n a 【A b s t r a c t 】　T a r g e t i n g d e l i v e r ya n dc o n t r o l l e dr e l e a s e d e v i c e s f o r m a c r o m o l e c u l a r d r u g s d e l i v e r y m a k e a b i g c h a l l e n g e t o m i c r o p a r t i c l e d r u g d e l i v e r y s y s t e m ,e s p e c i a l l y t h e d r u g c a r r i e r s .C o l l a g e n i s a n i n t e r e s t i n g n a t u -r a l m a t e r i a l f o r t h e p r e p a r a t i o n o f m i c r o p a r t i c l e s .T h e a t t r a c t i v e n e s s o f c o l l a g e nr e s t s o n i t s h i g h b i o c o m p a t i b i l i t y a n d l o wi m m u n o g e n i c i t y .T h i s a r t i c l e h i g h l i g h t s c o l l a g e n m i c r o p a r t i c l e s 'p r e s e n t s t a t u s a s a c a r r i e r i nd r u g d e -l i v e r y ,i n c l u d i n g :c o l l a g e n -c o a t e d m i c r o s p h e r e s ,t h e p r e p a r a t i o n o f c o l l a g e nm i c r o p a r t i c l e s a n d c o l l a g e n c o m p o s -i t e s .【K e yw o r d s 】　C o l l a g e nm i c r o p a r t i c l e s ;D r u g c a r r i e r 作者单位:510006广东药学院药物研究所 现今,大分子药物为治疗癌症、心血管疾病提供了新的治疗途径。

大分子药物包括核酸、蛋白质、细胞及细胞因子等。

其主要治疗原理是将大分子药物传送至特定靶标,作用于某种异常蛋白质或者某段异常基因,改变其病理显性症状以达到治疗疾病的效果。

然而,大分子活性药物因较难穿过各种生物膜,不易靶向给药从而导致效能较低,并且具有全身性副作用及排异反应[1]。

另外,细胞植入性治疗需要细胞能够在体内进行再生,需要载药体系给细胞提供合适的再生环境。

微粒给药系统因其独特的优势而成为了载送大分子药物的理想选择。

其对大分子药物的负载能力良好,可用于载送D N A 、小片段R N A 、蛋白质、细胞和细胞因子等。

微粒系统给药方便,可全身给药,也可直接注射至靶区;能改变药物的带电性及亲疏水性质,以帮助药物透过细胞膜[2]。

采用微球载送细胞,制备出的细胞微球稳定性良好,不但对细胞有保护作用,并能充当细胞增殖、迁移的支持性基质[3],仅通过增加微球的量即可避免胰蛋白酶消化效应,促进细胞进一步增殖[4],为细胞体内再生提供了良好环境。

然而,达到上述效果的关键在于成球载体材料的选择。

良好的大分子药物载体需要有很高的生物相容性,生物可降解性及较低的免疫原性,并且能克服所载药物的缺点,满足给药需求。

现有的微球载体主要有三大类:天然、半合成以及合成高分子载体材料。

天然高分子材料来源于生物体,人体本身存在同类物质,免疫系统往往将其当作自身物质对待,因此较后两种载体具有更高的生物相容性和更低的免疫原性。

胶原(c o l l a g e n ),作为生物体内存在最为广泛的蛋白质,因其特殊的三螺旋纤维式结构而具有更高的稳定性,从而引起了医药领域科研人员浓厚的兴趣。

早在20世纪80年代,胶原已用于制备生物可吸收手术缝合线,之后出现了胶原制备的生物可吸收止血海绵,眼用及创伤用缓释药膜,人工皮肤及组织再生用支架等,近期则越来越多的被应用于载药微球的制备。

研究结果表明[5,9],胶原具有优良的生物可吸收性,生物相容性和极低的免疫原性,可作为多种药物的良载体,包括亲脂或亲水性药物,核酸、蛋白质及细胞等,并且具有非常好的生物粘附性。

这些性质使胶原有可能成为用途最为广泛的药物载体之一。

1　胶原微球单独使用胶原作为成球材料的研究文献多集中于近几年。

胶原多由牛跟腱、动物皮等材料中提取而得。

早期的研究发现,胶原微球可用于搭载脂溶性药物,球体只能被特异性酶降解,热稳定性良好,其粒径范围依赖于变性程度,即在制备过程中变性程度越高,则获得粒径越小。

并发现当脂溶性药物的载药率高于9%时,胶原微球失去亲水性[10]。

具有亲脂性的胶原微球则表现出较强的皮肤穿透性,能够帮助药物透过皮肤[11]。

骨骼中有机物有70%～80%为胶原,胶原纤维组成骨骼生成前框架,帮助骨细胞依附生长。

因此胶原被广泛运用于制备骨再生支架。

近期研究发现,制备成胶原微球可以搭载软骨细胞迁移,并于氨基葡聚糖富集区域沉积[12]。

人类间充质干细胞(h M S C s )能于胶原微球内部网络中增殖、迁移,胶原微球为h M S C s 提供仿生环境,帮助其功能再造,进一步生成软骨细胞[10]。

基于胶原为关节腔液中主要蛋白质,E l r o n -G r o s s 等[13]研制了一种新型胶原-脂质交联微球,此复合胶原体在模拟关节液中稳定,并表现出高度载药率(85%)和对靶细胞的高度亲和力,并达到缓释效果(半衰期11d )。

此剂型可关节腔注射给药,能够避免胃肠道反应。

体内试验结果表明此新剂型作为有效临床常规诊断用药具有进一步研究价值。

胶原微球常用的制备方法为:将胶原及药物溶液溶于两相中制备成乳浊液,然后使其重构或将其冻干,最后加入固化剂使其定型。

然而,胶原为一种线性蛋白,由几十种氨基酸组成,官能团众多,性质复杂。

为了使胶原微球能具有更好的性能,近年来对其制备方法的研究也屡见不鲜。

C h a n g 等[7]使用一种纯水相反应装置制备透明质酸(H A )/胶原微球。

其装置为在水中放置一个中空平行圆形电极,在两端加入特定电压,使微球体在纯水相中构建,先后加入F e C l 3溶液及1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)亚胺(E D C ),·229·中国现代药物应用2010年3月第4卷第5期　C h i nJ M o dD r u g A p p l ,M a r 2010,V o l .4,N o .5DOI :10.14164/j .cn ki .cn11-5581/r .2010.05.231使其保持球形,然后于37℃水浴培养,使微球内部得以重构。

结果得到球形完整,机械强度良好的三维微球。

此方法突破了传统两相反应的局限,在纯水相中就能制备微球,并能保持微球良好的生物相容性和低毒性。

T s a i 等[14]利用胶原溶于水后呈电负性的性质,加入带正电的硫酸软骨素与之发生共聚交联制备胶原微球。

只需要将硫酸软骨素溶液缓缓滴入胶原溶液中,成球后采用戊二醛进行固化。

此过程简单易行,不需要特殊仪器,也不需要消耗其他能量,加入的硫酸软骨素亦为骨骼环境中所含成分,更能满足仿生需求。

C h a n 等[15]采用自提取鼠尾胶原,溶于P B S 溶液中,加入石蜡油/橄榄油混合物后形成W/O 乳液,于37℃水浴重构,取出离心。

使用光化学交联法对上述步骤获得微球进行固化。

在黑暗条件下,于胶原微球中加入光敏试剂,在乙醇溶液中平衡30m i n 。

取出后使用氩辐射(514n m )照射微球90s 。

获得的微球成球性良好,与戊二醛固化微球对比无明显差异。

此方法能够避免使用有机固化剂,同时获得球面光滑,粒径均匀的胶原微球。

2　胶原包衣微球合成高分子材料聚己内酯(P C L )、聚乳酸(P L A )、聚乳酸-乙醇酸共聚物(P L G A )等具有良好的生物可降解性及生物相容性,已被广泛用于载药微球的制备。

A i s h w a r y a 等[16]采用P C L 为成球材料制备盐酸强力霉素微球,除了生物相容性好之外,其降解速度更缓慢,降解不产生酸性环境,更有利于机体保持平衡。

但由于其疏水性较强,细胞粘附性较差,难于与机体融合。

解决此问题的一个办法就是采用胶原对P C L 微球进行包衣,因为胶原结构中具有配体能与细胞膜表面整合蛋白结合,进而加速细胞粘附和扩散。

实验证明,经过胶原包衣后的P C L 微球能很好的吸附细胞并为细胞的增殖和再生提供了稳定的环境。

同样的问题也发生在P L A 微球上,H o n g 等[4]尝试使用几种结合方法将胶原覆盖于P L A 微球表面,包括共价结合、逐层组装和接枝包衣。

结果发现,接枝包衣的方法能最大程度的引入生物活性大分子,意味着此方法有可能最有利于细胞的生长和分化。

采用接枝包衣法将胶原覆盖于P L A 微球表面进行软骨细胞粘附性实验,发现胶原浓度越高,其细胞粘附性越好。

此文还指出,胶原包衣P L A 微球不单对软骨细胞具有吸附性,对其他许多类型细胞也具有相同效果。