自從1967年van Wezel成功地將小的球形顆粒作為細胞生長的三維支架以來 ，有關微球的研究就受到了越來越多的關注。因為不規則的顆粒的形態容易在人體內引起炎症反應，且影響骨形成的速度，因此，一般傾向於使用具有光滑表面的球形顆粒作為組織缺陷填充的材料。
基本介紹
- 中文名：生物活性微球
- 外文名：Microsphere
- 發明時間：1967年
- 形狀：不規則
- 發明人：van Wezel
- 粒徑：50nm～2mm
定義,套用,
定義
微球（Microsphere）一般指粒徑在50nm～2mm之間的球形顆粒，生物活性微球體帶有反應性基團如-NH 2 ，-COOH，-SH等。微球由於具有較小的尺寸而致使其具有明顯的表面效應如材料的親和性好、生物相容性好、以及在生物體內易吸收、易遊走等特性。近幾年來，隨著微球載體材料種類的不斷增加，微球的套用範圍也在不斷的擴大，已廣泛的套用於細胞學、免疫學、微生物學、分子生物學以及臨床診斷與治療等眾多領域。本文擬從不同材料的微球在藥物載體以及組織工程等兩方面簡要評述了近幾年有關微球在生物醫學領域中套用的研究進展。
生物活性微球
生物活性微球套用
微球在靶向給藥中的套用
作為靶向給藥系統的載體是微球在臨床上的重要套用之一，也是近幾年來國內外學者研究的熱點之一。採用生物活性材料製成的藥物微球，可以提高藥物的穩定性，實現藥物的控釋或緩釋，從而提高了藥物的療效並且減少了藥物對正常組織的毒副作用。根據微球基質材料的不同，一般可以兩大類:一類是不可降解微球，如己基纖維素、玻璃等;另一類為可降解微球，如明膠、白蛋白、澱粉和葡聚糖等。可降解藥物微球在降解的過程中體積不斷縮小，可以進入細小的血管，同時藥物緩慢釋放，起到了藥泵的作用，藥物的療效可以得到大大的提高。因此近幾年來，可降解類藥物微球的研究受到醫務工作者和材料學者的廣泛重視。聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）微球由於具有較好的生物相容性和生物可降解性，是套用和研究最廣泛的藥物載體材料之一。有研究者使用PLGA製備了包載抗細胞增生藥物的生物降解性納米微球，種微球可穿透結締組織並被靶向部位的血管吸收，從而達到治療心血管疾病的目的。但是，PLGA微球存在嚴重的突釋問題，微球在進入體內的第一天前後就會迅速大量的釋放藥物，使得血液中藥物的濃度超過中毒水平，從而產生明顯的毒副作用。PLGA微球的這種突釋現象與其分子質量、純度、製備方法以及藥物的性質有關，通過在其製備的過程中添加附加劑可顯著地降低突釋的程度。Takenaga等在微球的製備過程中加入一定量的甘油、乙醇，採用溶劑蒸發法製備了胰島素注射微球，效果顯著。此外，在微球的靶向性給藥方面一直存在的一個問題是，通過靜脈注射的藥物載體顆粒很快的就會被網狀內皮組織的細胞所吸收，減少了微球在血流中的循環時間，從而降低了藥物的療效。由於PLGA微球在血流中的循環時間主要的取決於微球的尺寸、表面電荷以及表面的親合力等，所以通過表面改性可以顯著的提高微球在血流中的循環時間，從而達到靶向給藥的目的。Muller M等在PLGA微球的表面製備了聚賴氨酸-聚乙二醇乙二酸（PLL-g-PEG）塗層，由於該塗層具有較強的抵制蛋白質吸收的特性，從而使微球的靶向性給藥的作用更加顯著。雖然聚合體作為藥物的載體已表現出許多的優越性，但當大分子的藥物如蛋白質等與聚合體基體結合在一起形成膠囊時會發生變性，從而使得基體的生物活性降低甚至有可能造成免疫性能的改變。這是因為大分子的藥物可能會與聚合體發生反應，在溶劑中藥物也可能發生降解或者是由於在製備聚合體微球的過程中所涉及到的高溫而使藥物發生了變性，所以尋找合適的大分子藥物的載體是非常有必要的。
生物活性微球
生物活性微球陶瓷作為一種理想的硬組織修復替代材料，已被廣泛的套用於臨床。大量的臨床試驗證明，這些陶瓷材料具有良好的生物相容性、再吸收性以及多孔性，可以作為藥物的載體材料。其中羥基磷灰石陶瓷微球是研究較多的一種可作為藥物載體的生物活性陶瓷材料。Paul W等將多孔的羥基磷灰石陶瓷微球作為輸送胰島素的載體用於治療糖尿病，並且在其表層製備了一層聚乙烯基醋酸共聚物用於控制藥物釋放的時間。然而由於純羥基磷灰石在人體內很難發生降解甚至幾乎不發生降解 ，因此，更傾向於使用羥基磷灰石和磷酸三鈣混合的陶瓷微球作為藥物釋放的載體。另外，多孔羥基磷灰石陶瓷微球的製備也將直接影響著藥物微球在人體內的性能。Paul W等採用將羥基磷灰石與殼聚糖漿在分散介質中分散聚合的方法製備了直徑在200～1000μm之間的多孔羥基磷灰石微球，並將其作為蛋白質等大分子藥物的載體，效果顯著。在聚合體的藥物輸送體系中，藥物的釋放速度可以由其結構的交聯密度所控制，但在HA體系中藥物的釋放速度卻難以控制。為此，Komlev等利用懸浮聚合法，製得了粒徑範圍在50～2000μm的多孔HA微球體，用這種方法製備的微球體表面孔隙的尺寸較小，孔隙率較高，藥物在多孔的微球中擴散係數降低，從而有效的延長了藥物的釋放時間。另外，陶瓷微球還在對癌症的放射線療法上有重要的套用。Kawashita等採用高頻引導熱等離子熔化技術製備了20～30μm之間的高度球化的Y 2 O 3 和YPO 4 微球，並研究了其相關結構及化學穩定性。與用傳統的加熱冷卻方法製備的17Y 2 O 3 -19Al 2 O 3 -64SiO 2 相比，這兩種微球具有更高的化學穩定性，且在癌症的定位與放射治療方面更為有效。
磁性微球（Magnetic microspheres）是近幾年發展起來並已廣泛套用於生物醫領域的一種新型多功能試劑。在外加磁場的作用下，磁性微球可以將藥物載至預定的區域，提高靶區藥物濃度，從而達到靶向給藥的目的。Widder K和Gallo JM在20世紀80年代，製備了阿黴素磁性白蛋白微球並進行了動物實驗，結果表明，磁性微球有很好的抑腫瘤效果 。大量的研究表明，磁性微球的套用可以減少用藥劑量，提高藥物的靶向性並且減少了藥物對體內其它健康器官組織的不良影響，從而大大提高了藥物的療效。此外，磁性微球的固定化酶、免疫測定等方面也具有廣泛的套用。
微球在組織工程中的套用
目前常用的修復骨缺損的方法如自體骨移植、異體骨移植、人工合成替代物等都在不同程度上存在著一定的缺陷，如供體來源有限、形狀難以加工設計以及存在免疫排斥反應和移植部位病變等問題 。隨著近幾年來有關於組織工程的研究為解決以上種種問題提供了一種全新的方法，且為實現人工器官的真正替換成為可能。其中組織工程研究的重點之一就是尋找和製備作為細胞移植與引導新骨生長的支架材料。生物活性微球由於具有較大的比表面積有利於細胞的粘附而可以作為組織工程中的支架材料。生物活性玻璃（bioactive glasses）在植入人體後能夠較快的與周圍骨組織產生化學結合，並且能夠激發生骨細胞的活性，因此已廣泛的套用於骨修復和骨細胞培養之中，但對用於三維骨細胞培養的生物玻璃微球的研究直到近幾年來才受到越來越多的重視 。有研究表明，生物活性玻璃 微球的表面越粗糙越有利於提高造骨細胞在其上面的粘附 ，但由於固體陶瓷和周圍介質的密度存在明顯的差別，容易產生較高的剪下應力，從而影響了細胞在這些陶瓷微球上的生長。通過製備空心的生物陶瓷微球可以大大的減小固體陶瓷微球的密度，從而有利於細胞在微球上的粘附與分化 。理想的支架材料應該既具有生物相容性又具有可降解性，然而，空心微球中的鋁矽成分是生物相容的，但卻是不可吸收的，在植入人體後不能發生降解，所以仍需進一步的改進。Qiu等將可降解的聚乳酸（PLA）作為基體材料，經過改進的生物活性玻璃（MBG）粉末作為固體填充相，製備出既具有生物活性又有生物可降解性的PLA/MBG複合微球。單純的PLA在體內發生降解時生成的酸性產物在表面聚集時，容易引起局部的炎症反應，但在PLA/MBG複合微球中，生物活性玻璃的加入不但減少了PLA所占的比例，而且其與體液反應後所產生的鹼性環境可以大大的中和PLA的酸性降解產物，從而降低或避免了炎症反應的發生。另外，經過改進的生物活性玻璃還可以促進骨細胞的分化並且提高了骨樣組織的形成，因此，這種複合微球可以作為組織工程中的支架材料。
聚合體具有良好的生物相容性，降解速度可調，降解產物易於代謝和排除並且易於消毒等特點，而且作為在組織工程中套用的材料能夠支持和促進骨修復和骨重建 ，因此也是一種套用較廣泛的支架材料。Borden M等採用燒結的方法製備了三維多孔的PLGA微球支架，這種支架的結構和機械性能可以通過改變加工工藝參數來得以改善。孔隙與機械性能之間的相互協調、平衡是多孔微球支架可以取代帶有橫樑的自體移植物的基礎條件。實驗證明，PLGA微球支架不僅具有一定的孔隙率和一定的機械強度，使得造骨細胞和纖維原細胞能夠在其結構內生長，而且還具有較好的骨引導能力。
