垢德雙 閔昌敏
300191天津市醫(yī)療器械技術(shù)審評中心
蠅蛆殼提取殼聚糖的綜合評價
垢德雙 閔昌敏
300191天津市醫(yī)療器械技術(shù)審評中心
目的殼聚糖具有良好的水溶性、生物相容性、生物降解性、成膜性及止血、愈創(chuàng)、消炎等作用,在醫(yī)用生物材料應(yīng)用方面具有廣闊前景。蠅蛆的皮中含有大量殼聚糖成分,是獲得較純殼聚糖的方式之一。對蠅蛆提取的殼聚糖創(chuàng)傷敷料進行綜合評價。方法按照國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對蠅蛆殼聚糖進行理化分析(相對分子質(zhì)量、脫乙酰度和重金屬含量)、抑菌、皮膚致敏、細(xì)胞毒性和溶血實驗。結(jié)果蠅蛆殼聚糖的相對分子質(zhì)量為266 ku,脫乙酰度為75%,重金屬含量小于10-5,細(xì)胞毒性總評級為1級,具有較輕細(xì)胞毒性。致敏和溶血實驗結(jié)果表明,蠅蛆殼聚糖材料不具有致敏反應(yīng),材料的溶血率為0.769%,小于5%,即沒有溶血現(xiàn)象。此外,蠅蛆殼聚糖還具有抑菌作用。結(jié)論蠅蛆殼聚糖具有較好的綜合特性,可以滿足生物醫(yī)藥方面的要求。
殼聚糖;蠅蛆;生物學(xué)評價
出血與滲血是目前外科手術(shù)中常見的難題。近年來,優(yōu)秀的可吸收醫(yī)用止血材料引起了醫(yī)學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。隨著臨床對止血材料性能要求的不斷提高,開發(fā)可降解、無刺激及無毒副作用的止血材料是亟需解決的問題。目前常用的止血材料可分為天然材料(如膠原、殼聚糖和海藻酸鈉),合成材料(如聚氨酯、聚乙烯醇)和復(fù)合材料(如將纖維蛋白原、凝血酶等復(fù)合在殼聚糖、氧化多糖等天然材料上制成止血繃帶等)[1]。近年來,殼聚糖因具有止血效果好[2-3]、生物相容性高[4]等特點,成為止血材料的研究熱點之一。
殼聚糖是天然獲取的,無毒性的高分子多糖材料[5],廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及醫(yī)藥等領(lǐng)域。在醫(yī)藥領(lǐng)域主要用于止血、抗菌消炎和促進傷口愈合[6-9]。在自然界中,殼聚糖分布十分廣泛,在菌類、藻類植物等細(xì)胞以及蝦、蟹外殼中含量較高。此外,殼聚糖在昆蟲的外殼中含量也比較高,如蠅蛆外殼。目前,殼聚糖的工業(yè)提取主要來源于廢棄的蝦、蟹殼。由于水污染及蝦、蟹過量打撈等原因,使得殼聚糖的純度和品質(zhì)難以得到滿足。此外,蝦、蟹殼中含有大量的石灰質(zhì)及蠟質(zhì),殼聚糖的含量低,生產(chǎn)工藝較復(fù)雜,成本較高。而家蠅屬于再生資源,且蒼蠅的繁殖能力很強,1對蒼蠅4個月可繁殖2 660億個蠅蛆。干蛆皮中殼聚糖含量約為30%~55%,高于蝦、蟹中殼聚糖的含量,因此具有可利用價值。除了殼聚糖的含量高以外,蠅蛆殼中石灰石及蠟質(zhì)含量相對較低,且碳酸鹽和重金屬含量低,色素少,因此蠅蛆殼是提取甲殼素的極好原料。
本研究以蠅蛆殼提取的殼聚糖為研究對象,依照國家對醫(yī)療器械的規(guī)定,對來源于蠅蛆殼的殼聚糖粉進行物理、化學(xué)以及生物安全性評價。實驗結(jié)果有助于預(yù)測臨床試驗中可能出現(xiàn)的不良反應(yīng),為下一步臨床試驗提供實驗依據(jù)。
1.1 主要材料與儀器
蠅蛆殼聚糖粉(天津普生元醫(yī)療科技發(fā)展有限公司),RPMI1640培養(yǎng)基、小牛血清和相關(guān)試劑耗材(美國Gibco公司),L929細(xì)胞(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院細(xì)胞庫)。選取30只2月齡豚鼠(清潔級),雌雄各半,無皮膚疾病或者皮膚損傷,平均體質(zhì)量為350 g(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射醫(yī)學(xué)研究所)。
IVS600-4S全自動烏氏黏度儀(杭州中旺科技有限公司),SM800多功能酶標(biāo)儀(上海永創(chuàng)醫(yī)療器械有限公司)。
1.2 方法
1.2.1 相對分子質(zhì)量測定
精確稱取0.05 g恒重樣品加至0.1 mol/L NaCl溶液中充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颉H?5.0 ml樣品溶液置于烏式黏度計中,在30℃恒溫水浴中放置10min,并用秒表分別測定溶劑和樣品溶液的流出時間,重復(fù)5次取其平均值。利用公式(1)計算樣品的黏均分子量
式中:η為特性黏度,相對黏度ηr=T/T0,增比黏度ηsp=ηr-1,C為樣品溶液的質(zhì)量濃度(g/ml),T為溶液的流出時間,T0為純?nèi)軇┑牧鞒鰰r間。
用黏度方程[η]=7.92×10-5M1.00計算黏均分子量。
1.2.2 脫乙酰度測定
采用雙突躍電位滴定法。準(zhǔn)確稱取蠅蛆殼聚糖樣品0.5 g,加入0.1 mol/L鹽酸至過量,均勻緩慢攪拌至樣品完全溶解。用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定樣品溶液,準(zhǔn)確記錄突躍點前后的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液體積差,計算脫乙酰度
式中:ΔV為兩個突躍點消耗的NaOH溶液體積之差(ml),CNaOH為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度(mol/L),m為樣品質(zhì)量。
1.2.3 重金屬含量
按照中國藥典(2005版)標(biāo)準(zhǔn)方法測量。取樣品,熾灼處理后取遺留的殘渣,加硝酸蒸干,向殘渣中加入鹽酸,水浴蒸干后再加水。向溶液中滴加氨溶液至酚酞指示液出現(xiàn)粉紅色,再向溶液中加入醋酸鹽緩沖液,稍微加至完全沒有沉淀,將樣品轉(zhuǎn)移至納氏比色管中,加入蒸餾水稀釋至25 ml,將該處理液作為甲管;另取加標(biāo)準(zhǔn)鉛溶液作為乙管。向甲、乙兩管中分別加入2 ml硫代乙酰胺溶液,搖動混勻,放置2 min后置于白紙上仔細(xì)觀察,比較兩管顏色,進行重金屬含量檢查。
1.2.4 體外細(xì)胞毒性實驗
依據(jù)國家GB/T14233.2-2005標(biāo)準(zhǔn)進行蠅蛆殼聚糖樣品的細(xì)胞毒性試驗[10],用含血清培養(yǎng)基浸提實驗樣品[11],樣品的質(zhì)量濃度為0.1 g/ml;使用RPMI1640培養(yǎng)基作為空白對照組;高密度聚乙烯作為陰性對照組;5 g/L的苯酚溶液作為陽性對照組。將對數(shù)生長期L929細(xì)胞用胰酶消化后制成細(xì)胞懸液,將懸液置于5%的CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h,待細(xì)胞完全貼壁后棄去原培養(yǎng)液。樣品組加入蠅蛆殼聚糖浸提液,放置于5%的CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。培養(yǎng)3 d后加入噻唑藍(lán)(MTT)溶液,繼續(xù)培養(yǎng)4 h,加入二甲基亞砜(DMSO)。將溶液震蕩混勻后放入酶標(biāo)儀中,在570 nm波長下測定其溶液的吸光度(OD)值。計算相對增殖率(relative proliferation tate,RGR)
樣品毒性分級標(biāo)準(zhǔn):0級≥100;1級,80~99;2級,50~79;3級,30~49;4級,1~29;5級,0。樣品合格與否標(biāo)準(zhǔn):0級和1級判為合格,2級結(jié)合形態(tài)分析綜合評價,3~5級判為不合格。
1.2.5 致敏實驗
依據(jù)國家GB/T16886.10標(biāo)準(zhǔn)第七章“最大劑量法”進行檢測[12]。實驗分3組,浸提液組,生理鹽水組和甲醛組,每組隨機分10只豚鼠。豚鼠腹部剃毛,在去毛區(qū)域注射材料浸提液。陰性對照液為生理鹽水,陽性對照液為甲醛。將浸透材料浸提液和陰、陽性對照液的紗布敷貼于腹部,封閉固定24 h。分別在24和48 h觀察激發(fā)部位的皮膚反應(yīng)情況。
1.2.6 溶血實驗
陽性對照組為生理鹽水;陰性對照組使用蒸餾水;實驗組使用蠅蛆殼聚糖生理鹽水浸提液。分別放入37℃水浴中保溫,加入稀釋抗凝兔血,輕輕混勻。繼續(xù)在37℃恒溫水浴中保溫60 min。水浴結(jié)束后倒出管內(nèi)液體,離心后吸取上清液置于紫外分光光度計比色皿中,在545 nm處測量OD值。計算溶血率
1.2.7 抑菌能力的測定
選取金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌和白色念球菌作為初始菌懸液。實驗方法按照《消毒技術(shù)規(guī)范》(2012年版)執(zhí)行。
1.3 統(tǒng)計學(xué)方法
采用SPSS15.0統(tǒng)計學(xué)軟件進行統(tǒng)計分析,數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示,實驗結(jié)果進行方差分析,以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。
牛超擔(dān)任“正陽?!贝蛩庩犼犻L后,堅持“誠信服務(wù),創(chuàng)新優(yōu)先和農(nóng)機農(nóng)藝農(nóng)技三結(jié)合、良田良種良法三配套、效果效益效率三兼顧”的經(jīng)營原則,走村串戶發(fā)名片,開通植保服務(wù)咨詢熱線,為了宣傳植保服務(wù)效果,每個村莊選擇兩戶人家,打藥不要錢,讓農(nóng)戶見證植保效果。此外,他們還免費為困難的留守老人提供植保服務(wù)。
2.1 蠅蛆殼聚糖理化性質(zhì)
蠅蛆殼聚糖的相對分子質(zhì)量為266 ku,脫乙酰度為75%,重金屬含量為6×10-6。
2.2 細(xì)胞毒性實驗
實驗結(jié)果顯示,陰性對照組與空白對照組的細(xì)胞數(shù)目沒有明顯差別(P>0.05),均能很好地貼壁生長。陽性對照組的細(xì)胞為懸浮死亡細(xì)胞,細(xì)胞不貼壁。實驗組有很少量細(xì)胞溶解,能很好地貼壁生長,細(xì)胞的增殖率為(83±5.5)%。細(xì)胞毒性實驗結(jié)果說明,蠅蛆殼聚糖具有較輕的細(xì)胞毒性。陰性對照組、空白對照組和實驗組的RGR均遠(yuǎn)高于陽性對照組(P<0.000 1)。(圖1)
圖1 蠅蛆殼聚糖的細(xì)胞毒性試驗結(jié)果
2.3 致敏實驗
致敏實驗結(jié)果顯示:24和48 h后,蠅蛆殼聚糖浸提液組和生理鹽水組實驗動物皮膚均無異常反應(yīng)、水腫和紅斑現(xiàn)象;甲醛實驗組現(xiàn)象明顯,實驗動物皮膚出現(xiàn)嚴(yán)重紅斑水腫。依據(jù)Magnusson和Kligman分級標(biāo)準(zhǔn),蠅蛆殼聚糖致敏等級為0級,即蠅蛆殼聚糖無致敏毒性。
溶血實驗結(jié)果顯示,蠅蛆殼聚糖的溶血率為(0.769±0.061)%,低于5%,即蠅蛆殼聚糖不存在溶血毒性。
2.5 抑菌活性分析
在19~21℃條件下,用質(zhì)量濃度為25 g/L的本品糊狀物作用2 min,對金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌的平均抑菌率為95%,對白色念球菌平均抑菌率為83%。
殼聚糖材料使紅細(xì)胞發(fā)生凝集反應(yīng)、促進血液中血小板和其他補體系統(tǒng)激活,最終來實現(xiàn)傷口止血。作用機制主要有:①殼聚糖分子能攜帶大量陽離子,所帶的正電荷可以和血液中紅細(xì)胞表面帶負(fù)電荷的物質(zhì)發(fā)生相互吸引,有助于傷口形成血凝塊,起到止血目的。此外,殼聚糖大分子物質(zhì)可以在血液中發(fā)生聚合反應(yīng)形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),后者能截取血液中紅細(xì)胞并促使其聚集。②當(dāng)外源性異物透過傷口進入人體后可活化血液中的血小板,在血小板表面生成帶負(fù)電性物質(zhì),該物質(zhì)能與殼聚糖分子上所吸引的正電荷相互吸引,引發(fā)聚集,迅速形成血凝塊。此外,在血液補體系統(tǒng)活化過程中,殼聚糖大分子鏈上游離的大量氨基和羥基基團還可再發(fā)揮作用,幫助血液凝集[13]。
脫乙酰度和相對分子質(zhì)量是殼聚糖的重要參數(shù)。目前市場上殼聚糖材料的相對分子質(zhì)量分布很廣,從十萬到上百萬都有銷售,不同產(chǎn)品的黏度差別也很大。脫乙酰度是很關(guān)鍵的因素,如果脫乙酰度不高,則該材料不能直接使用,還需要再次脫乙?;鶊F直至達(dá)70%以上。此外,對殼聚糖材料還要進行適當(dāng)?shù)慕到馓幚?,只有獲得中低相對分子質(zhì)量和黏度的殼聚糖,才能促進傷口的止血和愈合。測定脫乙酰度的方法有紅外光譜法、電位滴定法、酸堿中和滴定法、膠體滴定法及紫外光譜法等。其中,酸堿滴定法最簡便快速,成本低廉,使用最為廣泛,但需要指示劑,實驗中會造成誤差。因此盡量不要選擇甲基橙作為指示劑。
本實驗結(jié)果顯示,蠅蛆殼聚糖材料具有無細(xì)胞毒性、無溶血及致敏現(xiàn)象,且生物相容性良好,滿足國家相關(guān)醫(yī)療器械標(biāo)準(zhǔn)的基本要求,是優(yōu)異的醫(yī)用敷料及組織工程材料。但是,由于單純殼聚糖成分很難完全滿足臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展要求,因此,對殼聚糖進行材料改性或復(fù)合其他高分子材料是今后殼聚糖敷料研究的熱點和發(fā)展方向。目前,很多高分子材料都可以與殼聚糖材料復(fù)合,如聚乙烯醇[14]、聚乙二醇[15]、聚乙烯基吡咯烷酮[16]、聚環(huán)氧乙烷[17-18]、膠原和明膠[19]、海藻酸鹽[20]和玉米淀粉等等[21]。此外,殼聚糖納米材料在組織工程中有廣泛應(yīng)用[22],以殼聚糖與膠原的復(fù)合材料制成的藥物釋放體系也取得了很好的效果[23]。綜上所述,以蠅蛆為原料提取的殼聚糖具有很好的生物安全性,有廣泛的應(yīng)用前景。
利益沖突無
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Evaluation of the chitosan from flies maggots shell
Gou Deshuang,Min Changmin
Center for Medical Device Evaluation of Tianjin,Tianjin 300191,China
ObjectiveChitosan has been widely studied in the fields of biomedical materials and tissue engineering,due to its good water solubility,biocompatibility,biodegradability,film-forming property,hemostasis, wound healing and anti-inflammatory effects.Flies maggot shell contains much chitosan,which is one of the excellent raw materials.The aim of this study is to provide integral biological assessment on chitosan trauma dressing.Methods Chitosan samples were subjected to physicochemical analysis(relative molecular mass,degree of deacetylation,and content of heavy metal),bacteriostatic test,skin sensitization,cytotoxicity tests as well as hemolysis test according to national standard of China.ResultsThe relative molecular mass of chitosan was 266 ku,the degree of deacetylation of chitosan was 75%,and the content of heavy metal was less than 10-5.The cytotoxicity level was evaluated at the first level which indicating the low cell toxicity.Skin sensitization test showed that no sensitization reaction was practically detected.The hemolysis rate was 0.769%,which was less than 5%,indicating zero hemolysis. ConclusionsChitosan has good character,which may meet the requirements of biological and medical application.
Chitosan;Flies maggot;Biological assessment
10.3760/cma.j.issn.1673-4181.2016.03.011
2016-02-16)