委亲通塞 ・ 第45卷第1期2014年2月 12・ Bulletin of Sericuhure Vo1.45 No.1 Feb.,2014 丝素蛋白缓释微球的研究进展 刘小甜,杨明英,张海萍,朱良均 (浙江大学应用生物资源研究所,浙江杭州310058) 摘要:微球是以高分子材料为载体包裹或吸附药物而制成的微小球状实体,粒径范围一般为1 ̄500 Ixm。丝素蛋 白是从蚕丝中提取的天然蛋白质,具有良好的生物相容性、可降解性和理化性能,被广泛应用于手术缝合线、人工皮 肤、组织工程材料、细胞培养基、药物缓释载体等。以丝素蛋白为原料制备的丝素微球,具有比表面积大、可生物降 解、生物相容性好等优点,因此被广泛地研究。本文介绍了丝素蛋白缓释微球的研究现状,并对丝素微球的发展前 景做出了展望。 关键词:丝素蛋白;微球;缓释 中图分类号:¥886.9 文献标识码:A 文章编号:0258—406912014101—012—04 Research Progress of Silk Fibroin Sustained-。release Microspheres LIU Xiao—tian,YANG Ming—ying,ZHANG Hai—ping,ZHU Liang-jun (Institute ofApplied Bioresources,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China) Abstract:Microspheres are tiny spherical entities made of polymer as a carrier for wrapping or adsorption drugs,its par— ticle size range are generally 1 ̄500 p,m.Silk fibroin is a natural protein extracted from silk,which possesses good bio- compatibility,biodegradability and physical and chemical properties.Silk fibroin has been widely used in the operation suture,artiifcial skin,tissue engineering,cell culture,drug controlled release carrier and SO on.Silk fibroin based micro— spheres,with large surface area,biodegradability and biocompatibility,have been widely studied.We introduce the cur— rent research situation of silk fibroin sustained—release microspheres and makes a expectation for the development of silk fibroin microspheres. Key words:silk fibroin;microspheres;sustained-release 1 前言 微球作为一种重要的控,缓释给药体系,在生物 医学领域得到了广泛的应用研究。微球是以高分子 面积大、生物相容性好、可生物降解等优点,因此被 广泛地研究。本文主要介绍了纯丝素蛋白微球和丝 素蛋白复合微球的研究现状,总结了其在生物医学 领域的研究进展,并对丝素微球的发展前景做出了 展望。 材料为载体包裹或吸附药物而制成的微小球状实 体,粒径范围一般为1-500 Ixm。丝素蛋白是从蚕丝 中提取的天然蛋白质,具有良好的生物相容性、可降 解性和理化性能,被广泛应用于手术缝合线、人工皮 肤、组织工程材料、细胞培养基、药物缓释载体等n 。 以丝素蛋白为原料制备的丝素微球,具有比表 2 研究进展 2.1纯丝素蛋白微球 吴海燕b 以丝素蛋白(SF)为载体,以地塞米松磷 酸钠(DSP)为药物模型,采用W/O/W型复乳法,制备 基金项目:现代农业产业技术体系专项(CARS一22) 作者简介:刘小- ̄'lf(1989一),女,硕士研究生,从事蚕丝蛋白生物资源高分子材料研究。E—maihxtianliu@126.com 通信作者:朱良均,教授,博士生导师。E-maihljzhu@zju.edu.cn 刘小甜,等:丝素蛋白缓释微球的研究进展 丝素微球和丝素载药微球,研究结果表明丝素微球 ・ 13 ・ 变性形成乳白色悬浮液,或者转移至离心管置于高 的平均粒径在0.56~56.52 Ixm之间。纯丝素的结构 主要为无定型,使用不同的有机溶剂、不同的有机溶 剂与丝素比例、不同的丝素浓度制得的丝素微球和 丝素载药微球,其结构也有所不同,试验所制备丝素 微球中丝素蛋白的分子构象主要为B一折叠。 孙春光等 通过磷酸盐缓冲液及乙醇综合处理 丝素蛋白溶液得到颗粒直径比较均匀的纳米级丝素 颗粒。试验以柳氮磺吡啶为模式药物,发现丝素蛋 白与药物的结合是通过在pH 8.0的磷酸盐缓冲液作 用下丝蛋白链状胶束结构发生聚集而将药物包裹, 自组装形成规则的直径为200~600 nm的球形颗 粒。研究结果表明加人纳米丝素蛋白的丝素载体使 达到最高药物浓度的时间比单纯药物粉末延长,从 而延长药物作用时间,有利于机体对药物的有效吸 收利用。将丝素载体药物用于治疗人工诱导小鼠慢 性溃疡性结肠炎,结果证实了纳米丝素蛋白具有良 好的载药、释药功能。 Cao等[ 将一定量的乙醇在持续搅拌下加入到丝 素溶液中,经冷冻一解冻处理后得到白色乳液,将乳 液离心后冷冻干燥得到纳米丝素微球。结果表明微 球的形成与乙醇和丝素溶液的体积比密切相关,当 乙醇与丝素溶液的体积比在2:20—9:20范围内可形 成分散性良好的丝素微球。 Xie等[。 用油相分离凝聚法制备的丝素微球使用 了交联剂戊二醛,微球的平均粒径在l6.2~34.7 m, 丝素载药微球在l一24 h之间释药速度较快,大约释 放了总释药量的一半,24 h之后释药速度缓慢,添加 交联剂戊二醛的丝素微球的释药速度较不添加戊二 醛的减慢。 Yeo等 用微型喷雾干燥器在流速为20 mL/min、 85。C条件下获得丝素蛋白微球。所得的丝素微球平 均粒径为4~l0 m。用喷雾干燥法获得丝素微球,操 作简单方便。在喷雾过程中丝素的构象从无规卷曲 转变为B一片层结构。丝素微球具有很好的生物相容 性,比其他合成材料在生物材料方面具有更好的应 用前景。 Zhang等n们将脱胶的丝素纤维在氯化钙/乙醇/水 混合溶剂或高浓度溴化锂溶液中溶解,获得各种分 子量分布范围不同的液态丝素。用10 mL注射器抽 取一定量的质量体积分数为0.5%~5.O%的丝素溶液, 磁力搅拌下快速注人40℃恒温的过量丙酮中,立即 速冷冻离心机中,以16000 r/min的速度离心30 min, 弃去上清液后,沉淀物用去离子水反复冲洗,重复操 作离心3—4次。得到的丝素颗粒不溶于水,但是经过 分散处理或超声处理可以很好地分散在水或水溶液 中。外形呈球形,粒径35~125 nm左右。该丝蛋白 微球有望用于生物材料尤其是药物缓释载体方面。 黄永利等 将丝素蛋白溶液进行热处理, 其结构和形态,在低压电场的作用下,制备出丝素蛋 白微球,并通过工艺变化研究了丝素蛋白微球的形 成机制。结果表明,溶液中丝素蛋白的纳米结构对 丝素微球的形成具有关键性作用。并以丝素蛋 白微球为载体,进一步探索了其在药物释放,生物矿 化等领域的可能性。 杨道伟等n 以丝素蛋白为载体,以降糖药物二甲 双胍为模型药物,Span80为乳化剂,采用乳化固化法 制得二甲双胍丝素微球。所制得的微球光滑圆整,成 球性良好,微球的粒径分布在4—4O m之间。并探索 出最佳工艺条件:投药比为7%、转速为300 r/min、水 油比为l1:100,载药量可达5.8%。该二甲双胍丝素 微球制备方法简单,生物相容性良好,可在常温常压 下制备,易于扩大生产。 Wen等口 通过新的方法——超微粒处理系统制 备出丝素蛋白微球,用此法制备微球有许多优点:球 形规则,粒径分布范围较窄,微球表面光滑,药物能 均匀的分布在丝蛋白载体中。与一般的微球制备方 法相比,通过超微粒处理系统制备微球可以避开一 般方法所遇到的问题,比如表面活性剂与交联剂的 潜在毒性,包封率过低,必须要水洗步骤等。总之, 该方法有望用于生产丝素蛋白微球来作为长期蛋白 质药物的释药载体。 李贵军n 通过调节pH值,利用柞蚕丝素蛋白的 自组装,制备出了具有很好分散性和外形规整的,粒 径分布在5 m左右的载罗丹明的柞蚕丝素微球和 载溶菌酶的柞蚕丝素微球。结果表明:微球的载药 率随着药物加入量的增加而增加,而包封率则相 反。在微球的释药过程中,开始存在突释,其后进人 缓慢、稳定的释放阶段,在第20 d的时候释放了70% 左右。通过对载溶菌酶柞蚕丝素微球的研究表明, 柞蚕丝素蛋白微球可以被蛋白酶降解,载溶菌酶柞 蚕丝素微球的降解速度略大于纯柞蚕丝素微球。 王春增n 将丝素蛋白(st)作为重组人骨形态发 ・ 14 ・ 生蛋白2(rhBMP一2)的缓释载体,采用冷冻干燥法制 备合适粒径的丝素蛋白/rhBMP一2微球。并进一步通 过溶液共沉淀法合成含SF/rhBMP一2微球的双相磷 酸钙(BCP)人工骨材料。结果表明丝素蛋白厘组人 骨形态发生蛋白2/双相磷酸钙人工骨材料的强度大 于松质骨水平,其孔隙率及孔径可调;ee素蛋白/重组 人骨形态发生蛋白2,双相磷酸钙人工骨材料可以诱 导粘附、生长在其表面的细胞向成骨方向分化,对细 胞的增殖生长无影响,其作为组织工程骨的支架材 料是可行的。 2.2丝素蛋白复合微球 张幼珠等H 以液体石蜡作连续相、Span80为乳 化剂、戊二醛为交联剂,在W/O型乳化体系中制备再 生丝素蛋白一壳聚糖包药微胶囊,探讨了制备工艺 条件对微胶囊的影响;结果表明:微囊的形成及其粒 度大小的均匀性与乳化条件,交联剂用量等密切相 关;红外光谱,x一射线衍射图谱等证明丝素与壳聚糖 分子间具有强相互作用,微囊表面包覆的丝素分子 链结晶程度和规整度提高。这种结构有利于微囊强 度的提高。 Wang等n 分别以聚乳酸和海藻酸盐微球为底 物,以荧光标记的丝素蛋白作为涂层,并以辣根过氧 化物酶和牛血清白蛋白作为模式药物,研究其缓释 性能,发现与没有丝素涂层的对照组相比,有丝素蛋 白涂层的聚乳酸或海藻酸盐微球能够明显的延缓药 物的释放。 张光宇等n鲥以液体石蜡为油相,壳聚糖与丝素 蛋白的物理混合溶液为水相,去甲斑蝥素为模型药 物,Span80为乳化剂,戊二醛为交联剂;采用乳化一交 联固化法制备去甲斑蝥素壳聚糖一丝素蛋白微球。 制备出的微球形态圆整,粒径均匀,具有较高的载药 量,缓释作用良好,交联剂戊二醛用量对微胶囊的释 药性能有较大的影响。此外,该微球制备技术成熟, 工艺操作易于控制,适合大规模生产。 韩龙龙等n鲥以模型药物消炎痛(吲哚美辛)作囊 芯,再生丝素蛋白和海藻酸盐(FB,AG)作囊膜,通过 复凝聚法制备包药微胶囊。结果显示,微胶囊呈近 似球型,粒径为65 m左右,粒径呈正态分布,再生 丝素蛋白与海藻酸盐之间具有相互作用,结晶程度 提高。采用药物体外释放法测其释药性能,该包药 微胶囊24 h的释药率为24%,海藻酸盐微胶囊为 42%,药粉为80%,FB/AG复凝聚微胶囊具有双层囊 蚕桑通报2014年第45卷第1期 膜,降低了囊心中药物的扩散速度而具有较好的缓 释效果。 Wang等 通过丝素/PVA共混膜成功制备出丝 素微球。丝素溶液与PVA溶液流延法成膜。将共混 膜溶于超纯水中,振动、离心、除去上清液后再次离 心,超声波处理后低压冻干得到丝素微球。此方法 在微球制备过程中并无添加其他有机溶剂,是一种 有潜力的药物载体材料。 刘纯 选用非甾体抗炎药双氯芬酸钠(Diclo ̄一 nae Sodium,DS)作为模型药物,以丝素蛋白(Silk Fi— broin,SF)和壳聚糖(Chitosan,cs)为载体,采用乳化一 化学交联固化法制备双氯芬酸钠丝素蛋白/壳聚糖缓 释微球,通过两者之间的键合作用形成复合体,提高 药物的包封率和载药量,利用微球溶胀特性,增强药 物在体内的作用时间,减少Ds对胃肠道的刺激,降低 毒副作用,延长作用时间,提高其顺应性。研究结果 表明:通过SF/CS分子间作用力结合形成的新型缓释 制剂,能够明显减缓释药速度,适合作为缓释制剂供 口服给药。 另外,本实验室利用蚕丝蛋白与B一环糊精的优 良性能,制备出一种丝素纳米颗粒/B一环糊精高分子 微球,并对高分子微球的结构J陛能进行表征,有望将 其作为新型给药载体来提高药物稳定性,改善微球 的药物突释效应。 3 结语 丝素微球材料因其优良的性质受到广泛的关 注,有望成为一种低毒性的新型缓控释载体材料。 其具有良好的组织相容性,无毒,无刺激;有良好的 机械性能,优良的通气、透水性能;具有生物可降解 性,降解速度可以调节控制;产物的可塑性较强,可 根据需要设计成多种形态等,因此丝素蛋白作为药 物缓释载体具有良好的应用前景。但是目前,丝素 蛋白微球仍然存在着一些需要改进或深入探究的问 题,例如载药量的增加相对于其他载体并不是非常 明显;不同制备方法对丝素蛋白微球释药性不同的 影响机理等。 参考文献 [1]Santin M,Motta A,Freddi G,Cannas M.In vitor eva1ua. tion of the inflammato ̄potentiM of the silk fibroin[J].J Biomed Mater Res,1999,46(3):382~389. (下转第58页) ・ 58 ・ 蚕桑通报2014年第45卷第1期 业合作社,使蚕种场、蚕户、丝绸公司成为一条龙,稳 定巩固桑园基地,加快技术创新,提高养蚕效益,增 加企业收入。 (2)原蚕区蚕农要摒弃小农意识,要有长远眼 对待,饲养粗放,大蚕期无固定贮桑室,消毒不彻底; 舍不得淘汰弱小病蚕体,密集饲养;导致脓病大暴 发。 (2)种茧成绩差。由于房屋紧张,饲养密度过 高,蚕健康度低;种茧保护时晚上不愿加温,导致种 光,加强自身建设,提高养蚕水平,特别要提高种茧 质量,才能使蚕种场的基地在本村长期存在下去,造 成双赢的局面。 (3)蚕种场对自身的基地建设,要有一定的投 茧健康度低;选茧技术掌握不正确,无法提供优质种 茧。这几个户种茧成绩都低于7O分,只能按普通茧 价格收购。 3 对策与思考 近几年来,市场经济的发展,农村劳动力成本上 入,定期对蚕农养蚕技术进行培训,加大投人建造 小蚕共育室等基础设施,该村到绍兴有2.5h以上的 车程,原蚕茧收购以后运回绍兴途中存在很大的风 险,为确保种茧质量绍兴大禹蚕种公司最好在当地 升,蚕桑效益偏低等因素,使蚕桑行业不断萎缩。蚕 种场纷纷关门,桑园地成片遭毁,要保留住千年的传 统产业,我们认为: (1)要改革目前蚕桑产业机制,建立蚕桑专 就地制种,这样可以避免长途运输的风险,同时也 可以减少蚕农种茧保护的负担及种茧保护过程中 的损失。 (上接第14页) [2]Liu T L,Miao J C,Sheng W H,et a1.cytoeompatibility of regenerated silk fibroin film:a medical biomaterial appli— [11]黄永利.低压电场制备丝素微球及其应用[D].江苏:苏 州大学,2011. 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