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【摘 要】壳聚糖具有良好的生物相容性和生物降解性，同时还具有广谱抗菌、促进组织生长、止血、调节免疫力等多种生物活性作用。已被作为一种生物材料在各个领域广泛应用，在口腔领域发展迅速，在牙周治疗中应用颇为广泛。
【关键词】壳聚糖；牙周病；缓释剂
【中图分类号】R78 【文献标识码】A 【文章编号】1004—7484（2013）09—0164—01
壳聚糖（Chitosan，CTS）又名：壳糖胺、甲壳胺、几丁聚糖、脱乙酰甲壳质、可溶性甲壳素，是甲壳素脱乙酰度达到70%以上的产物[1]。在自然界存储量丰富，仅次于纤维素，是第二大自然生物多聚体。
自1811年法国科学家Braconnot从菌类中提取了甲壳素（chitin）后，由于壳聚糖生物相容性好，无毒，无害，易于生物降解，不污染环境且自然资源丰富，理化性质相对稳定，已被广泛应用于诸多领域。羧甲基壳聚糖是壳聚糖经与氯乙酸反应改性的衍生物，由于羧基的引入，使其水溶性大大改善，同时对钙离子的络合能力及反应速度也大大提高[2]。这一特点对于慢性牙周炎齿槽骨修复及慢性根尖炎的骨修复均有重要意义。
1 壳聚糖的理化性质：[3，4]
1.1物理性质：
1.1.1 吸湿性：常温下，壳聚糖呈稳定的灰白色或黄白色疏松粉末，碱性，与空气长期接触可吸收酸性物质及水，不溶于水和碱性溶液。
1.1.2 成膜性：壳聚糖在酸性溶液中溶解后呈胶冻状，具有较强的粘附性、抗拉强度、通透性、防静电性和成膜性。其吸附能力与分子量成正比，适合制成无纺布、手术缝合线等。
1.2 化学性质
1.2.1 溶解性：不溶于水和碱性溶液，可溶于稀盐酸、硝酸等无机酸和大多数有机酸。其溶解度与本身的分子量、脱乙酰程度和酸的种类有关，一般而言，分子量越小，脱乙酰程度越大，溶解度就越大。
1.2.2 反应性：壳聚糖的基本单元是带有胺基的葡萄糖，分子中含有氨基和羟基，性质活泼，可修饰、活化和耦联。
2 牙周治疗中的应用：
近年来，随着对壳聚糖研究的深入，其在牙周病方面的应用（如牙周引导组织再生、牙周缓释剂等）已引起越来越多的关注。这主要与它独特的理化性质、多种生物活性和生物安全性有关。
2.1 壳聚糖在牙周引导组织再生中的作用：
促进牙周组织再生，重建因疾病丧失的牙周组织功能是牙周病治疗的理想目标。牙周引导组织再生术（GRT）是通过在根面与龈瓣之间放置生物屏障膜，选择性保护和促进牙周特异性细胞优先附着。这种手术方式被认为是目前最有效的获得牙周组织再生的途径，而GRT膜又是其成功的关键。壳聚糖在这方面的应用价值可能与它的以下特点有关：
2.1.1良好的生物相容性和降解性：
杨丕山等[5]动物实验研究证明，壳聚糖复合膜具有较好的组织相容性和降解性，能有效地防止牙龈结缔组织细胞进入骨缺损区，允许牙周膜干细胞的进入，从而促进牙周组织再生。张毅等[6]对壳聚糖膜进行了一系列测试，结果表明，壳聚糖膜无毒、无溶血、无致敏、不致热，具有良好的组织相容性，可用于牙周再生。免疫荧光试验证明，壳聚糖对成骨细胞具有较强的选择性促进生长的能力。卢凤琦、庄昭霞等[7]的试验均表明，壳聚糖膜符合了生物安全性和组织相容性的要求，虽然会对机体产生一定的反应，降解产物对机体无明显毒副作用。壳聚糖膜的降解性是其研究中的一项重要指标，良好的生物降解性可减少患者二次手术的痛苦，提高手术疗效。现已证实[8]，壳聚糖的分子量是影响降解的重要因素，分子量越小，膜的降解速度就越快。
2.1.2促进牙周膜细胞增殖：
牙周膜细胞是一种具有多向分化潜能的异质性多能干细胞，可分化成成骨细胞、成牙骨质细胞及成纤维细胞，其在牙周新附着的形成中起着至关重要的作用。
吴织芬、王勤涛等[9]的“壳聚糖膜对人牙周膜细胞（human periodontal ligament cells ，HPDLCs）体外增殖的影响” 研究表明，体外培养时，壳聚糖膜不仅能保证HPDLCs的生长，还能显著促进人牙周膜细胞的增殖。张明珠等[10]的试验表明壳聚糖可提高碱性磷酸酶（ALP）的活性。壳聚糖和碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）联合应用在促进HPDLCs增殖的同时亦促进其ALP的活性和骨钙素的合成。Hamano等[11]研究发现加入维生素C复合硫化壳聚糖可促进人牙周膜细胞生长，复合壳聚糖可控制细胞的增殖、形态和分化。但是，目前关于壳聚糖的这种促进细胞增殖作用的机制还不是很明确。
2.1.3抗菌性：
从牙周袋中可分离出的微生物种类多达400种以上，细菌密度高、数量大，唾液中的细菌超過108/ml。而作为牙周病启动因子的牙菌斑中的细菌则更多，超过1011/g湿重。牙周病发生时，上述菌群间的动态平衡被打破而变得有害。
早在1979年，Allan等就提出壳聚糖具有广谱抗菌性。此后，许多学者对其进行了深入的研究，但结论并不一致。国外学者[19]则认为，壳聚糖的抗菌效果与其浓度和分子量均有关。唐涛等[12]对牙周炎优势厌氧菌的试验表明，羧甲基壳聚糖对于在慢性牙周炎发病中占有重要地位的牙龈卟啉菌、与侵袭性牙周炎密切相关的伴放线放线杆菌及广泛存在于龈下菌斑的中间普氏菌、产黑普氏菌等均有中度的抑菌作用。目前，学者们普遍倾向于壳聚糖及其衍生物的抗菌活性与它的分子量、脱乙酰度、改性剂和其改性程度、溶液的PH值以及不同的作用细胞等因素有关。
2.1.4促进牙周骨再生：
研究表明壳聚糖能促进骨原细胞转化为成骨细胞，并可促进骨形成。Park等[13]报道含PDGF-BB（血小板衍化生长因子-BB）的壳聚糖海绵可明显提高细胞的附着和增殖水平，并可促进新骨形成，促进骨快速矿化，说明壳聚糖可能有助于牙槽骨再生。 2.1.5对钙离子的络合作用：
壳聚糖分子中的羟基和氨基对金属离子有较强的螯合作用，水溶性低聚壳聚糖对钙有较好的络合作用，但需在碱性溶液中进行。陈伟等[14]通过对羧甲基壳聚糖与钙离子络合的条件，并与壳聚糖及低聚壳聚糖对钙的络合能力进行比较发现，羧甲基壳聚糖对钙离子的络合程度随着羧甲基取代度的增加而增加。并得出结论，认为钙离子与羧甲基壳聚糖络合的最适条件为：室温，PH值为6-8，反应时间为10分钟。它的这一特性，可作为其促进骨组织再生作用的理论依据之一。
2.1.6促进伤口愈合：
壳聚糖具有止血和促进伤口愈合的作用，能组织血纤维蛋白原的形成及结缔组织细胞的增生以及胶原蛋白的合成，使伤口愈合达到最佳。研究发现，壳聚糖能促进肉芽和组织的形成，对动物大面积开放性的创伤是有益的。汤朝辉[15]研究发现，壳聚糖对表皮角质细胞的增殖有促进作用，而且在较高浓度的情况下仍有促进细胞增殖的作用
2.1.7 增强机体免疫力：
壳聚糖既能提高增强细胞免疫又能增强体液免疫。壳聚糖影响免疫系统的确切机制尚有待于进一步的研究。
2.2 壳聚糖作为牙周缓释剂的应用：
牙周缓释抗菌药物是指活性药物能缓慢、有控制地从制剂中释放出来，直接作用于病变组织，使病变局部能较长时间维持有效药物浓度的特定药物剂型[16]。壳聚糖缓释剂形式多样，主要有壳聚糖纳米粒子、微球、片、膜、胶等，目前对壳聚糖微球及壳聚糖缓释膜的研究较多[17]。壳聚糖凝胶缓释剂在牙周病的应用中也具有良好的应用前景，Makarand 等[18] 研制出pH 敏感型壳聚糖聚乙烯（PVP） 水凝胶，将壳聚糖和PVP 混合，用戊二醛交联制成半互穿网络结构。结果表明，这种水凝胶在酸性条件下溶胀性增强，适于抗生素药物在酸性条件下给药。壳聚糖具有良好的组织相容性和体内可降解性，作为药物载体有着极大的优越性，是很有应用前景的药物缓释载体材料。未来的发展方向主要为靶向给药、纳米载药系统、PH敏感释药等。
3 应用前景：
壳聚糖自然资源丰富、价格便宜、安全无毒、生物相容性好，具有良好的应用与发展前景。其在口腔领域的应用研究远不及其他领域，近年来才逐渐兴起，已涉及到牙周引导组织再生、牙髓疾病的治疗、菌斑的控制、骨缺损的修复和药物控释载体等诸多方面。壳聚糖在口腔领域的研究起步晚，但发展迅速，涉及范围也较广。目前，大多数治疗仍处于动物实验和实验室阶段，未能形成规模的临床应用，这可能与对其理化性质、生物降解性等尚未清楚有关。有待于进一步研究及多学科的合作来实现。
参考文献：
[1] 林炎平. 壳聚糖的结构、性质和应用. 化学工程师，1998，68： 33-35.
[2] 陈伟，林友文，罗红斌，李柱来. 羧甲基壳聚糖对钙离子的络合. 福建医科大学学报，2000，6（2）： 163-165.
[3] 汪玉庭，刘玉红，张淑庭. 甲壳素、壳聚糖的化学改性及其衍生物应用研究进展. 功能高分子学报，2002，3.
[4] 王令冲，陈西广，等. 医用壳聚糖膜的性能及用途. 中国海洋大学学报，2006，36（2）： 215-220.
[5] 杨丕山，庄昭霞，孙钦峰，等. 壳聚糖促进牙周再生的实验研究. 山东医科大学学报，1998，36（3）： 204-206.
[6] 张毅，庄昭霞，等.牙周引导组织再生壳聚糖膜的生物相容性研究[J]. 山东大学学报，2002，40（2）： 115-117.
[7] 卢风琦，曹宗顺，庄昭霞，等.壳聚糖膜的降解与生物相容性研究[J]. 生物学工程杂志，1998，15（2）：183-185.
[8] 曹宗顺，卢风琦. 药用壳聚糖生物降解膜的研制[J]. 中国医药工业杂志，1996，27（1）： 14-16.
[9 ] 吴勇，王勤涛，吴织芬，袁乃梅. 壳聚糖膜对人牙周膜细胞体外增殖的影响. 口腔医学，2004，24（4）： 206-208.
[10] 张明珠，段开文，欧炯光. 壳聚糖用于口腔疾病治疗中的研究现状. 口腔材料器械杂志，2005，14（3）： 143-145.
[11] Keisuke U， ENO， et al [J].Adv. in Chitin Sci 1997，2： 102.
[12] 唐涛，薛毅，信玉华，谭巨莲. 羟甲基壳聚糖对牙周炎优势厌氧菌抑菌性能评价. 牙体牙髓牙周病学杂志，2004，14（10）： 587.
[13] Park YJ， Lee YM， Park SN， et al. Platelet derived growth factor releasing chitosan sponge for periodontal bonefegeneration. Biomaterials，2000，21（2）： 153-159.
[14] 馬亚妮. 壳质、壳聚糖与体育运动[J]. 体育科学，1999，19（3）： 80-83.
[15] 汤朝辉，侯春林. 几丁糖和透明质酸钠对人体表皮细胞增殖的影响[J]. 中华创伤杂志，2003，19（6）：368-369.
[16] 曹采方主编. 牙周病学. 第二版，2003： 194.
[17] 罗华丽，鲁在君. 壳聚糖作为药物缓释载体的研究进展[J]. 高分子通报，2006，7： 25-30.
[18] Makarand VR， Anandwardhan AH， Sujata VB， et al. J Control Rel， 2000， 68：23-30.
【关键词】壳聚糖；牙周病；缓释剂
【中图分类号】R78 【文献标识码】A 【文章编号】1004—7484（2013）09—0164—01
壳聚糖（Chitosan，CTS）又名：壳糖胺、甲壳胺、几丁聚糖、脱乙酰甲壳质、可溶性甲壳素，是甲壳素脱乙酰度达到70%以上的产物[1]。在自然界存储量丰富，仅次于纤维素，是第二大自然生物多聚体。
自1811年法国科学家Braconnot从菌类中提取了甲壳素（chitin）后，由于壳聚糖生物相容性好，无毒，无害，易于生物降解，不污染环境且自然资源丰富，理化性质相对稳定，已被广泛应用于诸多领域。羧甲基壳聚糖是壳聚糖经与氯乙酸反应改性的衍生物，由于羧基的引入，使其水溶性大大改善，同时对钙离子的络合能力及反应速度也大大提高[2]。这一特点对于慢性牙周炎齿槽骨修复及慢性根尖炎的骨修复均有重要意义。
1 壳聚糖的理化性质：[3，4]
1.1物理性质：
1.1.1 吸湿性：常温下，壳聚糖呈稳定的灰白色或黄白色疏松粉末，碱性，与空气长期接触可吸收酸性物质及水，不溶于水和碱性溶液。
1.1.2 成膜性：壳聚糖在酸性溶液中溶解后呈胶冻状，具有较强的粘附性、抗拉强度、通透性、防静电性和成膜性。其吸附能力与分子量成正比，适合制成无纺布、手术缝合线等。
1.2 化学性质
1.2.1 溶解性：不溶于水和碱性溶液，可溶于稀盐酸、硝酸等无机酸和大多数有机酸。其溶解度与本身的分子量、脱乙酰程度和酸的种类有关，一般而言，分子量越小，脱乙酰程度越大，溶解度就越大。
1.2.2 反应性：壳聚糖的基本单元是带有胺基的葡萄糖，分子中含有氨基和羟基，性质活泼，可修饰、活化和耦联。
2 牙周治疗中的应用：
近年来，随着对壳聚糖研究的深入，其在牙周病方面的应用（如牙周引导组织再生、牙周缓释剂等）已引起越来越多的关注。这主要与它独特的理化性质、多种生物活性和生物安全性有关。
2.1 壳聚糖在牙周引导组织再生中的作用：
促进牙周组织再生，重建因疾病丧失的牙周组织功能是牙周病治疗的理想目标。牙周引导组织再生术（GRT）是通过在根面与龈瓣之间放置生物屏障膜，选择性保护和促进牙周特异性细胞优先附着。这种手术方式被认为是目前最有效的获得牙周组织再生的途径，而GRT膜又是其成功的关键。壳聚糖在这方面的应用价值可能与它的以下特点有关：
2.1.1良好的生物相容性和降解性：
杨丕山等[5]动物实验研究证明，壳聚糖复合膜具有较好的组织相容性和降解性，能有效地防止牙龈结缔组织细胞进入骨缺损区，允许牙周膜干细胞的进入，从而促进牙周组织再生。张毅等[6]对壳聚糖膜进行了一系列测试，结果表明，壳聚糖膜无毒、无溶血、无致敏、不致热，具有良好的组织相容性，可用于牙周再生。免疫荧光试验证明，壳聚糖对成骨细胞具有较强的选择性促进生长的能力。卢凤琦、庄昭霞等[7]的试验均表明，壳聚糖膜符合了生物安全性和组织相容性的要求，虽然会对机体产生一定的反应，降解产物对机体无明显毒副作用。壳聚糖膜的降解性是其研究中的一项重要指标，良好的生物降解性可减少患者二次手术的痛苦，提高手术疗效。现已证实[8]，壳聚糖的分子量是影响降解的重要因素，分子量越小，膜的降解速度就越快。
2.1.2促进牙周膜细胞增殖：
牙周膜细胞是一种具有多向分化潜能的异质性多能干细胞，可分化成成骨细胞、成牙骨质细胞及成纤维细胞，其在牙周新附着的形成中起着至关重要的作用。
吴织芬、王勤涛等[9]的“壳聚糖膜对人牙周膜细胞（human periodontal ligament cells ，HPDLCs）体外增殖的影响” 研究表明，体外培养时，壳聚糖膜不仅能保证HPDLCs的生长，还能显著促进人牙周膜细胞的增殖。张明珠等[10]的试验表明壳聚糖可提高碱性磷酸酶（ALP）的活性。壳聚糖和碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）联合应用在促进HPDLCs增殖的同时亦促进其ALP的活性和骨钙素的合成。Hamano等[11]研究发现加入维生素C复合硫化壳聚糖可促进人牙周膜细胞生长，复合壳聚糖可控制细胞的增殖、形态和分化。但是，目前关于壳聚糖的这种促进细胞增殖作用的机制还不是很明确。
2.1.3抗菌性：
从牙周袋中可分离出的微生物种类多达400种以上，细菌密度高、数量大，唾液中的细菌超過108/ml。而作为牙周病启动因子的牙菌斑中的细菌则更多，超过1011/g湿重。牙周病发生时，上述菌群间的动态平衡被打破而变得有害。
早在1979年，Allan等就提出壳聚糖具有广谱抗菌性。此后，许多学者对其进行了深入的研究，但结论并不一致。国外学者[19]则认为，壳聚糖的抗菌效果与其浓度和分子量均有关。唐涛等[12]对牙周炎优势厌氧菌的试验表明，羧甲基壳聚糖对于在慢性牙周炎发病中占有重要地位的牙龈卟啉菌、与侵袭性牙周炎密切相关的伴放线放线杆菌及广泛存在于龈下菌斑的中间普氏菌、产黑普氏菌等均有中度的抑菌作用。目前，学者们普遍倾向于壳聚糖及其衍生物的抗菌活性与它的分子量、脱乙酰度、改性剂和其改性程度、溶液的PH值以及不同的作用细胞等因素有关。
2.1.4促进牙周骨再生：
研究表明壳聚糖能促进骨原细胞转化为成骨细胞，并可促进骨形成。Park等[13]报道含PDGF-BB（血小板衍化生长因子-BB）的壳聚糖海绵可明显提高细胞的附着和增殖水平，并可促进新骨形成，促进骨快速矿化，说明壳聚糖可能有助于牙槽骨再生。 2.1.5对钙离子的络合作用：
壳聚糖分子中的羟基和氨基对金属离子有较强的螯合作用，水溶性低聚壳聚糖对钙有较好的络合作用，但需在碱性溶液中进行。陈伟等[14]通过对羧甲基壳聚糖与钙离子络合的条件，并与壳聚糖及低聚壳聚糖对钙的络合能力进行比较发现，羧甲基壳聚糖对钙离子的络合程度随着羧甲基取代度的增加而增加。并得出结论，认为钙离子与羧甲基壳聚糖络合的最适条件为：室温，PH值为6-8，反应时间为10分钟。它的这一特性，可作为其促进骨组织再生作用的理论依据之一。
2.1.6促进伤口愈合：
壳聚糖具有止血和促进伤口愈合的作用，能组织血纤维蛋白原的形成及结缔组织细胞的增生以及胶原蛋白的合成，使伤口愈合达到最佳。研究发现，壳聚糖能促进肉芽和组织的形成，对动物大面积开放性的创伤是有益的。汤朝辉[15]研究发现，壳聚糖对表皮角质细胞的增殖有促进作用，而且在较高浓度的情况下仍有促进细胞增殖的作用
2.1.7 增强机体免疫力：
壳聚糖既能提高增强细胞免疫又能增强体液免疫。壳聚糖影响免疫系统的确切机制尚有待于进一步的研究。
2.2 壳聚糖作为牙周缓释剂的应用：
牙周缓释抗菌药物是指活性药物能缓慢、有控制地从制剂中释放出来，直接作用于病变组织，使病变局部能较长时间维持有效药物浓度的特定药物剂型[16]。壳聚糖缓释剂形式多样，主要有壳聚糖纳米粒子、微球、片、膜、胶等，目前对壳聚糖微球及壳聚糖缓释膜的研究较多[17]。壳聚糖凝胶缓释剂在牙周病的应用中也具有良好的应用前景，Makarand 等[18] 研制出pH 敏感型壳聚糖聚乙烯（PVP） 水凝胶，将壳聚糖和PVP 混合，用戊二醛交联制成半互穿网络结构。结果表明，这种水凝胶在酸性条件下溶胀性增强，适于抗生素药物在酸性条件下给药。壳聚糖具有良好的组织相容性和体内可降解性，作为药物载体有着极大的优越性，是很有应用前景的药物缓释载体材料。未来的发展方向主要为靶向给药、纳米载药系统、PH敏感释药等。
3 应用前景：
壳聚糖自然资源丰富、价格便宜、安全无毒、生物相容性好，具有良好的应用与发展前景。其在口腔领域的应用研究远不及其他领域，近年来才逐渐兴起，已涉及到牙周引导组织再生、牙髓疾病的治疗、菌斑的控制、骨缺损的修复和药物控释载体等诸多方面。壳聚糖在口腔领域的研究起步晚，但发展迅速，涉及范围也较广。目前，大多数治疗仍处于动物实验和实验室阶段，未能形成规模的临床应用，这可能与对其理化性质、生物降解性等尚未清楚有关。有待于进一步研究及多学科的合作来实现。
参考文献：
[1] 林炎平. 壳聚糖的结构、性质和应用. 化学工程师，1998，68： 33-35.
[2] 陈伟，林友文，罗红斌，李柱来. 羧甲基壳聚糖对钙离子的络合. 福建医科大学学报，2000，6（2）： 163-165.
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[6] 张毅，庄昭霞，等.牙周引导组织再生壳聚糖膜的生物相容性研究[J]. 山东大学学报，2002，40（2）： 115-117.
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[8] 曹宗顺，卢风琦. 药用壳聚糖生物降解膜的研制[J]. 中国医药工业杂志，1996，27（1）： 14-16.
[9 ] 吴勇，王勤涛，吴织芬，袁乃梅. 壳聚糖膜对人牙周膜细胞体外增殖的影响. 口腔医学，2004，24（4）： 206-208.
[10] 张明珠，段开文，欧炯光. 壳聚糖用于口腔疾病治疗中的研究现状. 口腔材料器械杂志，2005，14（3）： 143-145.
[11] Keisuke U， ENO， et al [J].Adv. in Chitin Sci 1997，2： 102.
[12] 唐涛，薛毅，信玉华，谭巨莲. 羟甲基壳聚糖对牙周炎优势厌氧菌抑菌性能评价. 牙体牙髓牙周病学杂志，2004，14（10）： 587.
[13] Park YJ， Lee YM， Park SN， et al. Platelet derived growth factor releasing chitosan sponge for periodontal bonefegeneration. Biomaterials，2000，21（2）： 153-159.
[14] 馬亚妮. 壳质、壳聚糖与体育运动[J]. 体育科学，1999，19（3）： 80-83.
[15] 汤朝辉，侯春林. 几丁糖和透明质酸钠对人体表皮细胞增殖的影响[J]. 中华创伤杂志，2003，19（6）：368-369.
[16] 曹采方主编. 牙周病学. 第二版，2003： 194.
[17] 罗华丽，鲁在君. 壳聚糖作为药物缓释载体的研究进展[J]. 高分子通报，2006，7： 25-30.
[18] Makarand VR， Anandwardhan AH， Sujata VB， et al. J Control Rel， 2000， 68：23-30.