β-葡聚糖的酯化、自组装行为及其作为皮肤敷料的研究

发布时间：2020-08-26 16:20

【摘要】：β-葡聚糖是酵母细胞壁的主要成分,分子通过次级键自组装成三股螺旋结构,为酵母细胞提供了动态力学保护。β-葡聚糖还具有免疫调节功能,能和巨噬细胞的Dectin-1受体结合进而调节免疫系统达到提高免疫力、抗感染、抗癌、促进伤口修复等目的。尽管β-葡聚糖具有特殊的结构和生物活性,由于加工特性差和在溶液中形态维持困难,限制其在生物材料领域的应用。本文拟通过化学改性,调控其亲疏水性,改善其加工特性,以适应生物医学领域对材料不同加工特性和生理环境形态维持稳定的需要,进一步拓展其应用领域,特别是药物靶向载体和组织再生修复领域。首先对其进行位点选择性化学改性,并对结构进行的表征。在β-葡聚糖的三股螺旋结构中,O-6和O-4位羟基位于螺旋外部,O-2位羟基位于螺旋内部并彼此间形成紧密的氢键网络。利用β-葡聚糖的三股螺旋结构特点,通过在甲酸中的非均相反应在其O-6和O-4位置进行了甲酰基取代,并不破坏螺旋结构。然后再使甲酰化β-葡聚糖溶解于吡啶中,拆散螺旋结构,通过均相反应进一步对O-2和O-4位置进行乙酰化取代,最后在沸水中脱去不稳定的甲酰基,获得了O-2位置完全取代,O-4位置半取代的β-葡聚糖位点选择性酯化物。分子模型分析发现其糖单元呈两亲性结构。随后研究了该酯化物在水溶液中的自组装行为,发现其在DMSO稀溶液中水稀释过程中能自组装为平均直径为25nm左右、厚度为0.7nm左右的纳米片层结构,该片层的组装驱动力可能为疏水作用和氢键作用,O-2位置的乙酰基区域藏于片层内部,O-6位置羟基暴露于片层表面。该纳米片层可以继续组装为更复杂的结构。在常温下通过对该片层溶液进行超声,发现其可以组装成平均直径300nm的微囊结构,由于片层边缘比较疏水,可以受疏水作用驱使相互融合,片层表面富含羟基,可以受氢键作用驱使形成叠层结构。通过分析组装过程中的中间体,发现这些片层首先通过相互融合和叠层组装成一个环状中间体,接着继续自组装成微囊。此外片层结构还可以组装成规则方块结构和条带状结构。对β-葡聚糖的改性并没有降低其免疫活性,反而增加了其在水溶液中的分散性,增加其应用范围。免疫刺激实验发现,酯化β-葡聚糖可以与小鼠腹腔巨噬细胞作用,增强其对大肠杆菌的吞噬功能;其可以与RAW246.7单核-巨噬细胞作用,增强其相关炎症因子IL-1,IL-6,TNF-α的分泌。通过三氟乙酸酐做催化剂,一步合成了β-葡聚糖乙酯、丙酯、丁酯、戊酯系列酯化物,增强了其在有机溶剂中的溶解性。用六氟异丙醇作为溶剂,β-葡聚糖酯化物都可以进行电纺丝,分别得到平均直径150、149、410、1236 nm的纤维膜。除了戊脂纤维结构有缺陷以外,其他纤维形貌都比较规整,没有分支或串珠结构。亲水性实验发现β-葡聚糖乙酯具有高度吸水性、β-葡聚糖丁酯具有高度疏水性;模仿天然皮肤的表皮-真皮结构特点,制备了β-葡聚糖丁酯-乙酯双层仿生皮肤敷料。力学测试发现该敷料具有适宜的拉伸强度,在湿润状态仍然能保持足够力学强度,两层纤维之间连接紧密。细胞实验发现该敷料良好支持3T3成纤维细胞粘附和增殖。14天小鼠背部皮肤全层缺损修复实验发现,表层的β-葡聚糖丁酯可以防水透气,阻隔外界微生物入侵。内层的乙酯可以紧密贴合创伤区域,吸收组织渗出液,促进伤口修复,对获取组织进行HE、masson染色发现相比于对照组,β-葡聚糖双层敷料组小鼠的皮肤愈合情况更好。其有潜力作为一种新型纳米纤维仿生敷料在临床中得到应用。上述结果表明,通过酯化改性后的β-葡聚糖不仅维持了其免疫刺激活性,同时可组装成纳米微囊以及电纺丝成纤维状,可望用于构建靶向免疫细胞的药物载体和刺激组织再生的敷料,拓展β-葡聚糖在生物医学工程中的应用。
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.08

【参考文献】