全 文 :聚谷氨酸!明胶生物胶生物学评价
王 欣",陈国广",姜 平#,韦 萍",毛伟平#!
(" 南京工业大学 制药与生命科学学院,南京 #"$$$%;# 南京师范大学 生命科学学院,南京 #"$$$%&)
摘 要:考察了聚谷氨酸!明胶生物胶的生物性能。从细胞毒性、急性毒性、皮肤刺激、溶血、热源、皮肤致敏等试验
对其进行生物学检测。结果发现:聚谷氨酸!明胶生物胶的细胞毒性、急性毒性、皮肤刺激、溶血、热源、皮肤致敏试
验均为阴性。这些结果表明聚谷氨酸!明胶生物胶具有良好的生物性能。
关键词:!!聚谷氨酸;明胶;生物胶;生物学评价
中图分类号:’(")*$) 文献标识码:+ 文章编号:", - (,&)(#$$.)$. - $$(" - $/
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5(6 7#483:;
广泛,包括组织粘附、止血、以及封堵气漏和体液泄
漏等,但其在临床应用中存在着不足,例如它的组成
成分纤维蛋白原和凝血酶都是从人类血液中提取
的,这就可能感染传染性疾病;用做外科粘附剂,其
对生物组织的粘附性较低等[" Z /]。因此研究一种可
用于人类的粘附能力强的生物胶是很有必要的。
!!聚谷氨酸(2
性、生物降解性及无毒无污染性的氨基酸聚合物,已
广泛用做药用载体材料[, Z "$]。我们已经制得了!!
?2+与明胶交联的生物胶[""],其胶凝时间与纤维蛋
白胶相当,但有超越纤维蛋白胶粘附能力的性能,有
望作为纤维蛋白胶的替代产品。本文在制备的基础
上初步考察了 "!((!二甲氨基丙基)!(!乙基碳二亚胺
(水溶性碳化二亚胺)交联的聚谷氨酸!明胶生物胶
的生物性能。
9 材料与方法
"*" 材料
!!?2+(分子量 ($ 万 Z /$ 万,由枯草芽孢杆菌
发酵,乙醇沉淀法所得);"!((!二甲氨基丙基)!(!乙
基碳二亚胺(深圳迈瑞尔化学技术公司进口分装);
! 收稿日期:#$$.!""!$"
基金项目:国家“),(”课题(#$$#++(#&$($)
作者简介:王 欣("%&)!),男,河南南阳人,硕士生,主要研究方向为药剂学。
第 #卷第 .期
#$$.年 ""月
生 物 加 工 过 程
6J45BQB =:9K5
·("·
万方数据
!""(#$%&’公司);()!*+,-.培养基(/0123公司),
其它试剂均为国内产品。
+45 生物胶浸提液的制备[+5,+6]
将生物胶(7液:-. 89 : 80聚谷氨酸和 5. 89 :
80明胶混合液;1液:+,. 89 : 80 +;(6;二甲氨基丙
基);6;乙基碳二亚胺,两液等量混合)注入平皿中,
室温下水平静止 +. 8<=,即可制得生物胶凝固膜,放
入培养瓶中,经高压蒸气灭菌 5. 8<=,按比例(.4+ >
.45 9 : 80)加入生理盐水(细胞毒性试验加 ();
!*+,-.培养液),置于恒温箱中 6? @浸提 ?5 A。
+46 细胞毒性实验[+- > +,]
0B5B细胞复苏传代后,贴壁生长良好,在对数
生长期,用 .45CD(质量分数)胰酶和 .4.-D的 EF;
"7消化后吹散,用血球计数板进行细胞计数,用
()!*+,-.培液稀释细胞浓度为 ? G +.- 个 : 80。用
微量移液器以 +..!0 :孔置于 B, 孔板中复种 , 孔,
在 CD235、6? @的标准环境下以含 +.D小牛血清
的 ()!*+,-.培养液孵育。当细胞长至 C.D(约 5-
A)时换液,空白对照用新鲜 +,-. 培养液交换,阴性
对照用生理盐水交换,阳性对照用 .4,-D的苯酚溶
液交换,试验组分别用体积分数 +..D、C.D、+.D的
生物胶浸提液,每孔 5..!0交换,然后置于培养箱
中继续培养。分别于第 5、-、? H 各取出一块培养
板,每孔加 C.!0的 C 89 : 80 !""溶液,继续培养 5
A,然后弃去孔内液体,用 IJ K ?4-的磷酸盐缓冲液
洗 5次,每孔加入 +C.!0的 F!L3。振荡 +. 8<=,用
酶标仪在 -B. =8波长检测 3F 值,取六孔平均值。
按下列公式计算相对增殖率( MN$’O
!"! K 实验组 3F 值 :空白对照组 3F 值 G
+..D
然后 !"! 值按表 +评分定出材料的毒性级别。
表 + 细胞毒性试验分级标准
"’S$N + 2M
反应分级 . + 5 6 - C
+4- 全身急性毒性试验[+?,+Y]
取体重(5. Z 5)9的昆明种小鼠 -. 只,分为腹
腔注射组和尾静脉注射组。每组雌雄各半,禁食 +5
A,不禁水,分别注射生物胶浸提液和生理盐水(阴性
对照),每只小白鼠注射量为每 +. 9 .4C 80,给药速
度约为 .4- > .4C 80 : 8<=,分别于注射后 5-、-Y和 ?5
A称重,观察反应,记录结果。
+4C 热源实验[+?,+Y]
取生物胶的浸提液按 +. 80 : &9的剂量由耳静
脉缓慢注入新西兰家兔(体重 5 > 6 &9,雌性)体内,
在规定时间内观察家兔体温变化情况,以判断材料
中所含热源的限度是否符合标准。试验前,家兔应
在实验环境中适应 + > 5 A,实验环境的温度变化不
大于 C @。将家兔装于固定器中,防止骚动,6. 8<=
后测定家兔的正常体温,将肛门体温计插入兔肛门,
深度约 , U8,测温时间每兔至少 5 8<=。符合要求后
+C 8<=内,耳缘静脉缓慢注射生物胶浸提液,注射完
毕后每隔 + A测温 +次,共测 6次,以 6次体温中最
高的一次减去正常体温,即为该兔体温升高度,根据
标准对结果进行评定。
+4, 皮肤刺激实验[+?,+B]
采用局部封闭涂皮法。提前 5- A,将大耳白兔
(体重 5 > 6 &9,雌性)背毛用剪刀尽量剪短,用棉球
蘸 YD的硫化钠在脱毛部位涂成薄层,经 5 > 6 8<=
后,用温水洗去脱毛部位脱去的毛,再用干纱布将水
擦干,脱毛的皮肤备用。实验分 6组,实验组、阴性
对照组和阳性对照组。实验组:直径 + U8的生物胶
膜;阴性对照:生理盐水 .46 80 :块(滤纸);阳性对
照:CD甲醛 .46 80 :块(滤纸)。然后分别在兔子背
部脱毛部位沿脊柱两侧对称贴敷相同的试验材料,
一层玻璃纸和两层纱布覆盖,两种贴敷材料相隔 5
U8,再用医用胶布固定好。5- A后去除。去除后 +、
5-、-Y、?5 A观察皮肤反应。
+4? 溶血实验[+?,5.]
取健康新西兰家兔一只,体重 54. > 54C &9,雌
性。用 .45 9 : 80的乌拉坦腹腔注射麻醉,剂量为 C
80 : &9,从颈动脉插管取血约 5. 80,加入 5 D的草
酸钾 + 80制成抗凝兔血。取 Y 80抗凝兔血加 +.
80生理盐水稀释。取生物胶的浸提液和蒸馏水(阳
性对照)、生理盐水(阴性对照)各 +. 80于玻璃离心
管内,重复 6 份。放入 ,. @水浴中,预热 ,. 8<=。
每个管中再加入 .45 80稀释抗凝兔血,于 6? @水
浴 ,. 8<=,以 5 ... M : 8<=速度离心 C 8<=,取上清液。
用分光光度计在 C-. =8波长测上清液的吸光度值
(#),取平均值。计算材料的溶血率,计算公式:溶
血率(D)K(材料组吸光度;阴性组吸光度):(阳性
对照组吸光度;阴性组吸光度)G +..D。
+4Y 皮肤致敏实验[+5,+B]
实验用初成年的白化豚鼠,雌雄不限,体重 5C.
> -.. 9,分两组:生物胶组和阴性对照组,试验前 5-
·65· 生物加工过程 第 5卷第 -期
万方数据
!将豚鼠背部左侧脱毛剂去毛,范围 " # $ %&’。诱
导接触:受试物 ()’ &* 涂在实验动物去毛区皮肤
上,以两层纱布和一层玻璃纸覆盖,再以无刺激胶布
封闭固定 $ !,等 + ,和 -" ,以同样方法重复;激发
接触,末次诱导后 ’. ,,将约 ()" &*的受试物涂于
动物右侧约 " %&’去毛区(提前 ’" !去毛),用上述
方法固定 $ !,并与 -、’"、". !观察皮肤反应。阴性
对照组诱导时仅涂生理盐水,激发时涂以受试物。
观察时间、方法与试验组一致。
! 结果与讨论
’)- 细胞毒性试验
’)-)- 形态学观察
从形态学方面进行定性评价。培养 ’" !和 ".
!后,在倒置相差显微镜下观察细胞形态。结果表
明,实验材料(生物胶的浸提液)、阴性对照材料(生
理盐水)中,细胞形态正常,贴壁生长良好,细胞基本
上呈梭性或不规则三角形的典型形态,与正常细胞
形态相似。而阳性对照组(()$"/的苯酚溶液)细胞
基本不贴壁,细胞圆缩,很大一部分呈悬浮死细胞。
’)-)’ 011法(噻唑篮微量酶反应比色法)
表 ’是测得的各实验组的吸光度平均值,表 2
是与之相对应计算的相对增殖率及评分。
表 ’ 各实验组的吸光度(34)平均值
15678 ’ 34 598:5;8 957<8= >? 8@A8:B&8CD57 ;:>实验组 体积分数
两日
吸光值
四日
吸光值
七日
吸光值
空白对照组 E ()’2( ()2’F ()’’(
生物胶 -((/ ()-.’ ()’"F ()-$.
浸提液组 G(/ ()-F2 ()’$- ()-+G
-(/ ()’-+ ()’F’ ()-..
阳性对照组 E ()-G’ ()-’F ()(+G
阴性对照组 E ()’2F ()’F+ ()’(.
表 2 相对增殖率及毒性评分
15678 2 H875DB98 ;:>ID! :5D8 5C, %877 D>@B%BDJ D8=D ;:5,5DB>C
实验组
体积
分数
两日 四日 七日
!"! 评分 !"! 评分 !"! 评分
生物胶 -((/ +F)-/ - +G)+/ - +$)"/ -
浸提液组 G(/ .2)F/ - +F)2/ - +F)G/ -
-(/ F")2/ - ..)./ - .G)G/ -
阳性对照组 E $$)-/ ’ 2F)’/ 2 2")-/ 2
阴性对照组 E -(2)F/ ( F()2/ - F")G/ -
由表 2可以看出,生物胶浸提液组与阴性对照
组的毒性基本上都是 (级和 -级,而阳性对照组达
到 ’级和 2级。生物胶浸提液组与阴性对照组对照
无差别。说明生物胶毒性很低,可以安全使用。
’)’ 全身急性毒性试验
全身急性毒性试验结果见表 "。
表 " 小鼠平均体重(# K -()的变化
15678 " 1!8 %!5C;8 >? &B%8 &B,,78I8B;!D(# K -()
实验组 ( ! ’" ! ". ! +’ !
生理盐水组(腹腔注射) -F)F2 -F)$F -F).. ’()’+
生物胶浸提液组(腹腔注射) -F).2 -F)$2 -F)F. ’()2G
生理盐水组(静脉注射) -F)G’ -.)F- -F)’- -F)G+
生物胶浸提液组(静脉注射) -F)2$ -.)+. -F)-’ -F)G(
生理盐水及生物胶的浸提液注射后 ’"、".和 +’
!,小鼠体重均无明显的变化,静脉注射组的变化稍
大于腹腔注射组,但与生理盐水组相比均无差别;部
分小鼠在注射后出现竖毛反应,’" !后正常;也没有
出现死亡和昏迷、呼吸抑制、呼吸困难、四肢活动受
限等症状的中毒反应。生物胶浸提液注射组与阴性
对照生理盐水组无差别。表明生物胶在急性全身毒
性试验中均为阴性反应。
’)2 热源试验
热源试验结果见表 G。
表 G 热源试验结果
15678 G H8=<7D= >? AJ:>;8CB% :85%DB>C D8=D
试验
材料
兔子
编号
基础体温
L M
注射后体温 L M
- ! ’ ! 2 !
体温变化量
L M
生 - 2F)$ "()( 2F). 2F)F ()"
物 ’ 2F)’ 2F)$ 2F)" 2F)G ()"
胶 2 2F)" 2F)$ 2F)G 2F)G ()’
注射生物胶浸提液后,家兔体温升高均在 ()$
M以下,且升温总值在 -)" M以下,认为生物胶符合
热源检查的要求,热源实验合格。
’)" 皮肤刺激试验
皮肤刺激试验结果见表 $。
表 $ 皮肤刺激试验结果
15678 $ H8=<7D= >? =NBC B::BD5DB>C D8=D
组
别
- ! ’" ! ". ! +’ !
红斑 水肿 红斑 水肿 红斑 水肿 红斑 水肿
生物胶组 ( ( ( ( ( ( ( (
阴性对照组 ( ( ( ( ( ( ( (
阳性对照组 ’ ( - ( ( ( ( (
通过局部斑贴试验过程除去贴敷物后,发现材
料组各时段每一部位均无红斑和水肿反应,与阴性
’(("年 --月 王 欣等:聚谷氨酸E明胶生物胶生物学评价 ·22·
万方数据
对照组相比无明显差别。结果评定两种胶的刺激反
应都为 !级,认为两种胶刺激试验合格。
"#$ 溶血试验
溶血试验结果见表 %。
表 % 溶血试验结果
&’()* % +*,-)., /0 1*2/)3.45 6*’5.4/7 .*,.
组别
吸光度值(!)
8 " 9 平均值
溶血率 : ;
阳性对照 !#<=> !#<== !#<=% !#<=% ?
阴性对照 !#!$< !#!$% !#!$= !#!$= ?
生物胶 !#8!" !#8!8 !#8!! !#8!! @#%
溶血试验是用于评价长期与骨或软组织接触的
材料的体外急性溶血活性。通过对材料与血细体外
接触过程中所致红细胞溶解和血红蛋白游离程度的
测定,对材料的体外溶血性进行评价。因该试验能
敏感地反映试样对红细胞的影响,故为一种特别有
意义的材料筛选试验。通过对不同兔血的反复测
定,其平均溶血率为 $;,所以国际标准化组织
(ABC)的文件规定:溶血率小于 $;的均为合格。生
物胶的溶血率比较低,小于 $;,所以生物胶不会引
起溶血。
"#> 皮肤致敏试验
皮肤致敏试验结果见表 =。
表 = 皮肤致敏试验结果
&’()* = +*,-)., /0 D*62’ ,*7,4.4E’.4/7 .*,.
组别 观察时间 : 1动物数 :只 诱导剂 激发剂
红斑反应程度 水肿反应程度
! 8 " 9 @ ! 8 " 9 @
致敏率(;)
8 @ @ !
生物胶组 "@ @ 生物胶 生物胶 @ @ !
@= @ @ !
8 @ @ !
阴性对照组 "@ @ 生理盐水 生物胶 @ @ !
@= @ @ !
由表 =可以看出,移去斑贴物 8、"@、@= 1后,所
有动物贴敷部位均无红斑和水肿出现,其反应积分
小于 8,生物胶组和生理盐水组对照无差别。根据
皮肤致敏试验分级标准,生物胶对豚鼠皮肤无明显
的潜在致敏性。
! 结论
聚谷氨酸?明胶生物胶的细胞毒性为 ! 级或 8
级,全身急性毒性很低,无潜在的皮肤刺激和皮肤致
敏性,溶血率为 @#%;(小于 $;),热源试验也符合
要求,这些结果初步表明,聚谷氨酸?明胶生物胶具
有良好的生物性能。
参考文献:
[8] 李 征 # 纤维蛋白胶的作用原理和临床应用及不良反应[F]#
华西药学杂志,8<<<,8@(8):9@?9> G
["] &1*..*6 C# H4(647 ’D1*,4I* ’7D 4., ’JJ)45’.4/7 47 .1/6’545 ,-6K*63[F]#
&1/6’5 L’6D4/I’,5 B-6K*/7,8<=8,"<:"[9] H6*D*645M N B4OI*6,P47K?L1* Q’7K,R*/6K* S# T47, T6*J’6’.4/7 ’7D
-,* /0 04(647 K)-* 47 ,-6K*63[F]# U4/2’.*64’),,8<<$,8>(8"):=<8?[@] C.’74 V,.’(’.’ V,AM’D’ V#N*2/,.’.45 5’J’(4)4.3 /0 6’J4D)3 5-6’()*
K)-*, 06/2 K*)’.47 J)/3(O?K)-.’245 ’54D)’7D 5’6(/D4424D*[F]# U4/2’?
.*64’),(W7K)’7D),8<<=,8<(""):"!<8?"!<= G
[$] C.’74 V-./,.’(’.’ V’,-14M/,AM’D’ V/,14./#W00*5., /0 ’DD4.4I*, /7
K*)’.47 ’7D .4,,-* ’D1*,4/7 /0 K*)’.47?J/)3(O?K)-.’245 ’54D)24X.-6*
[F]# U4/2’.*64’),,8<<=,8<("9):"8>%?"8%9 G
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,-6K45’) ’D1*,4I* 2’D* 06/2 J/6547* 5/))’K*7 ’7D J)/3(O?K)-.’245
’54D)[F]# F/-67’) /0 U4/2*D45’) P’.*64’), +*,*’651,"!!8,$@("):
9!$?98! G
[%] 洼田英俊,南部洋子,远藤刚 # 微生物生产的!?TR[的性质
[F]#化学与粘合,8<<@,@:"@@?"@> G
[=] P*,1745M B\,U6/Z7 S,B24.1 R#L’J’54.3 /0 ’ 54,?D4’2247*J)’.47-2
(")? J/O3?K)-.’245 ’54D 5/2J)*X ./ 5-6* .63J’7/,/2* L/7K/)*7,* 47?
0*5.4/7 47 245*[F]# [7.42456/(4’) [K*7., ’7D L1*2/.1*6’J3(]B[),
8<=@,"$:"=>?"== G
[<] [I451*E*6 S/D3,B51*51.*6 U4O1’,[67/7 +-.1#H-75.4/7’) J/)32*6, 47
D6-KD*)4I*63:5’664*6?,-JJ/6. LSST(54,?J)’.47)5/2J)*X, /0 J/)35’6?
(/X3)’.*,?*00*5. /7 1-2’7 /I’64’7 5’6547/2’[F]# +*’5. H-75. T/)32,
8<<=,9>(8):$>< G
[8!]B51*51.*6 U,Y*-2’77 [,Q4O51*M P,*. ’)# B/)-(O* J/)32*6, ’, 5’6?
64*6, /0 54,?J)’.47-2[F]# F/-67’) /0 5/7.6/))*D +*)*’,*(Y*.1*6)’7D),
8<=<,8!:%$?=% G
[88]王 欣,陈国广,韦 萍 # 聚谷氨酸?明胶生物胶的制备研究
[[]# 第一届全国化学工程与生物化工年会论文集(光盘版)
[SU : LS],中国南京,"!!@:P!9$G
·9@· 生物加工过程 第 "卷第 @期
万方数据
[!"]苏 怡,候延文,高珉之 # 医用生物蛋白胶生物性能的研究[$]
# 预防医学杂志情报,"%%!,!&(’):())*()+ ,
[!)]-. / 0 !’11’#!"*"%%%# 医疗器械生物学评价第 !"部分:样品制
备与参照样品[2],
[!(]-. / 0 !’11’#+*"%%)# 医疗器械生物学评价 第 +部分:体外细胞
毒性试验[2],
[!+]田 菲,吴军正,鲁开化,等 # 聚丙烯酰胺水凝胶对 34"4细胞
的细胞毒性研究[$]# 实用美容整形外科杂志,!444,!%(’):)"’*
)"4 ,
[!’]王 昕,施燕萍,朱雪涛,等 # 500法评价医用高分子材料的细
胞毒性[$]# 山东生物医学工程,"%%),!:(’*(&
,[!&]米 钰,惠 俊,范代娣,等 # 类人胶原蛋白生物相容性实验
研究[$]# 西北大学学报(自然科学版),"%%(,)((!):’’*’1 ,
[!1]-. / 0 !’11’#!!*!44 医疗器械生物学评价 第 !!部分:全身毒
性试验[2],
[!4]-. / 0 !’11’#!%*"%%%# 医疗器械生物学评价 第 !%部分:刺激与
致敏试验[2],
["%]丛 锐,王全平,冯立宁,等 # 骨缺损修复材料可降解速固化骨
水泥的生物相容性研究[$]# 中国临床康复,"%%",’(():+%"*
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
+%) ,
(上接第 "+页)
图 ’ 不动杆菌固定化细胞的操作稳定性
789#’ :6;<=>8?@ A>=B8C8>D ?E 8FF?B8C8G;H IJ8@;>?B=J>;< A6# J;CCA#
左右,此时,水解产物(")*K5LM的 !! 值在 4%N左
右(视转化率不同有所差异)。从图中可以看出,固
定化细胞非常稳定,连续重复反应 !%批,其活力以
及选择性没有显著下降,显示了良好的工业应用前
景。
参考文献:
[!] 58>AOH= 2,PF;FO<= 0,K88?@ ?E =@ ?6>8J=CCD 6O<; A;J*
?@H=
["] RQ=? SO*T8=?(赵玉巧),UO KO8*SO=@(武慧渊),VO $8=@*K;(许
建和),;> =C# WA?C=>8?@ =@H =66C8J=>8?@ ?E #$%&!’()*$’!+ A6# ST ")!
Q89QCD 68?A;C;J>8X; ;A>;<=A;A[$]# MQ8@ $ I66C Y@X8@
.8?C#(应用与环境生物学报),"%%",1(’):’(%*’()#
[)] MQ;@ S=(陈亚),UO KO8*SO=@(武慧渊),VO $8=@*K;(许建和),
;> =C# 不动杆菌及采用该菌种拆分制备手性环戊烯酮的方法
[L]# 中国发明专利:R3%"!)&%!4 ","%%(,%4,"4#
[(] T8=@ $K,VO $K#M=>=CD>8J 6;
(")*;A>;< QDH; #$%&!’()*$’!+ A6# M-5MM %&14
[$]# $ 5?C M=>=C .:Y@GDF=>8J,"%%(,"&:""&*")"#
[+] RQ=? SO*T8=?(赵玉巧),VO $8=@*K;(许建和)# :6>8F8G=>8?@ ?E <;*
=J>8?@ J?@H8>8?@A E?< B8?J=>=CD>8J <;A?CO>8?@ ?E([,2)*(*QDH\D*)*
F;>QDC*"*("*66;@DC)*JDJC?6;@>*"*;@?@; BD <;A>8@9 J;CCA ?E #$%&!’(,
)*$’!+ A6# ST ")![$]# MQ8@ M=>=(催化学报),"%%),"((1):’!)*’!1#
[’] MQ;@ S=,VO $8=@*K;,L=@ $8=@9,;> =C# M=>=CD>8J <;A?CO>8?@ ?E( "-)*
K5LM =J;>=>; BD 8FF?B8C8G;H J;CCA ?E #$%&!’()*$’!+ A6# M-5MM %&14
8@ = F;H8OF Z8>Q ?<9=@8J J?A?CX;@>[$]# $ 5? M=>=C .*Y@GDF=>8J,"%%(,
)%:"%)*"%1 ,
"%%(年 !!月 王 欣等:聚谷氨酸*明胶生物胶生物学评价 ·)+·
万方数据