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生物可降解聚合物在药用辅料方面的研究进展(图文)

时间:2011-04-22  作者:秩名

论文导读:生物可降解聚合物(BiodegradablePolymers)系指在生物体内能被降解或酶解,生成的小分子物质被机体吸收并排出体外的一类高分子材料。天然可降解聚合物包括淀粉、纤维素、聚糖、甲壳素、壳聚糖及其衍生物等。
关键词:生物可降解聚合物,降解机理,壳聚糖,聚酯类
 

生物可降解聚合物(BiodegradablePolymers)系指在生物体内能被降解或酶解,生成的小分子物质被机体吸收并排出体外的一类高分子材料。该类聚合物作为药物载体时,可使释药时程持续几天乃至几年,研究、开发该类聚合物已成为药物传递系统领域的研究“热点”。

1 生物可降解聚合物的降解机理[1]

生物可降解聚合物的降解分为本体降解(均相降解)和表面降解(异相降解)。本体降解过程是降解在整个材料内同时发生。表面降解是降解先从表面发生,由表及里,高分子材料在体内降解涉及的反应有水解、酶解、氧化等。对大多数生物降解材料,尤其是合成的高分子材料。降解过程主要是水解反应,其形式为:直线型高分子主链内不稳定键断裂;主链为线型而带侧链的高分子侧链基团的水解;交联网状高分子内不稳定交联链的断裂;通过以上3种形式使聚合物分子变小,达到降解的目的。影响水解反应的因素主要有(1)分子链是否有易水解的键。如酸酐和原酸酯最易水解,其次为酯键和酰胺键。(2)材料的结晶性、分子量等。例如结晶性的聚乳酸[P(L-LA)]降解要慢于非晶态的聚乳酸[P(DL-LA)] 。(3)亲水/疏水性以及环境中pH值等。由于疏水性聚合物吸水量少,故降解速度慢,而亲水性聚合物可吸收大量水分,降解速率加快。特别是含有羟基、羧基的高分子。不仅因为其较强的亲水性。而且由于其本身的自催化作用。所以比较容易降解。另外不同pH值下聚合物的降解速率也是不同的。论文大全。聚酯在碱性和酸性环境中降解较快,而在中性介质中降解最慢。

2.生物降解聚合物

生物可降解聚合物按来源可分为天然和合成两大类。天然可降解聚合物包括淀粉、纤维素、聚糖、甲壳素、壳聚糖及其衍生物等;合成可降解聚合物分为人工和细菌合成两大类,细菌合成的可降解聚合物包括聚羟基烷基醇酯(PHAs)、聚( 苹果酸酯),人工合成的可降解聚合物包括聚羟基酸酯类、聚己内酯(PCL)、聚氰基丙烯酸酯(PACA)等。

2.1 人工合成生物可降解聚合物

与天然可降解高分子相比,合成生物可降解高分子的优点是:(1)合成高分子更不易产生免疫性,而且比许多天然高分子有更好的生物相容性。(2)在化学合成中,通过仔细控制单体比率、温度等条件可得到不同的产物,从而具有不同的物理性能。(3)合成高分子的机械性能容易通过化学和物理方法改性。论文大全。

人工合成的生物可降解性聚合物种类繁多,性质差异大,应用范围广,是一类具有广阔应用前景的聚合物。近期常用的聚合物如表1所示,其研究进展及应用主要包括:

2.1.1 聚酯类

该类聚合物是目前唯一被美国FDA批准用于生物医学领域的一类生物可降解材料,如PLA、PLG、PLGA、PACA等。这些聚酯的主链大都是由脂肪族结构单元,通过易水解的酯键连接而成,主链柔顺,因而易被自然界中的多种微生物或动植物体内酶分解、代谢。Ruan G[2]发现PLA-PEG-PLA共聚物以溶剂挥发法制备所得的微球,药物的释放较对照组PLGA要快得多,这可能是由于PEG的存在使微球空隙率增加。另外,微球表面的PEG还可提高微球的生物相容性。聚氰基丙烯酸酯类(PACA)的主链以C—C键连接而成,但可生物降解,其降解速度随烷基链的延长而降低。Fontana G[3]制备的PEG修饰的PACA纳米粒(PECA),具有生物粘附性,能有效减少肝脾对药物的摄取,且PEG分子量越大,药物释放越慢。Tanahashi K[4]制备了用胍丁胺修饰的PACA水凝胶,实验证明随着胍丁胺基的引入可增加PACA水凝胶对肌体平滑肌细胞的吸附。

2.1.2 聚原酸酯类

该类聚合物是一种新型的生物可降解材料,具有生物相容性,降解产物易代谢等优点,属于疏水性聚合物,在水溶液中不发生溶胀,降解反应主要发生在材料表面(即溶蚀作用),在这种作用下药物释放趋于稳定。魏民等[5] 制备了POE微球,体外释药表明,POE微球以恒定速度释放,且在模拟胃液与肠液中的体外释放有着不同的释药过程,酸性介质的释放速度快于中性介质,这是由于POE骨架中存在大量对酸敏感的原酸酯键,酸性介质中的H 对原酸酯键的水解有催化作用之故。论文大全。

2.1.3 聚磷脂类

该类聚合物是一类较新的生物可降解性物质,除降解产物无毒性外,相对于其它聚合物而言,其优势主要是:(1)化学结构可灵活调整,可以制备不同性质的聚磷脂聚合物,从而使其应用范围更加广泛[6];(2)作为蛋白质载体,可在较温和的条件下将蛋白质载入。Luten J等人[7]合成的分别由二甲氨基乙醇(DMAE)、二甲氨基乙胺(DMAEA)取代的二氯聚磷脂作为基因载体材料,在Ph7.5和37℃条件下降解半衰期分别为7d和24d,比常用的聚合转染体聚(2一二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯)(pDMAEMA)毒性要小得多,被认为是基因递送的优良载体。

2.1.4 聚氨酯类

该类聚合物(即聚氨基甲酸乙酯)质地坚硬、富有弹性、且在任何环境中对环境因子非常稳定,为生物不可降解材料。20O2年,俄罗斯和乌克兰研制出一种可生物降解的聚氨酯基复合材料,拓展了该类聚合物在载药系统中的应用。目前研究的较多的是聚氨酯植入剂[8-10],可持续释药达4个月。生物可降解聚氨酯制成的纳米粒、微囊已有文献报道[11-12]。

2.1.5 聚酸酐类

该类聚合物可广泛应用于小分子药物给药系统,而作为多肽、蛋白质或含活性胺基的药物载体时,需考虑它们之间的潜在反应。

2.2 壳聚糖及其衍生物

壳聚糖(Chitosan)是由甲壳素脱乙酰基后得到的一种天然高分子聚氨基多糖,具有生物粘附性和多种生物活性,生物相容性好,毒性低,不溶血。它可被体内溶菌酶、胃蛋白酶等多种酶生物降解,降解产物无毒,能被生物体完全吸收。壳聚糖种类繁多[13],具有不同的脱乙酰度、分子量、粘度及pKa。由于壳聚糖分子间氢键的存在,使其不溶于一般的有机溶剂和水,在一定程度上限制了它的广泛应用。为了进一步改进其溶解性能,拓宽其应用范围,将壳聚糖进行化学修饰是目前研究的热门课题之一。壳聚糖及其衍生物的研究新进展如表2所示。

 

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