知識力

（NIH Image Gallery, https://goo.gl/2BDpqe）

在自然界含量豐富的幾丁質和幾丁聚醣，生產原料不虞匱乏，又因為屬於陽離子型含胺多醣類，而具備許多特性如無毒性、無副作用、高生物相容性以及抗菌、生物可分解性和生物黏著性等，因此成為生醫材料的寵兒。

生醫材料，泛指具有生物相容性而可被應用於活體的天然或人工合成材料，依材料性質可分為金屬、陶瓷、高分子有機聚合體以及複合性材料等四類。其中，金屬及合金等材質所衍生的成品最常應用於手術及骨科內外固定等；陶瓷材料則以植入式骨科（含牙科）填補材料為主；天然來源的高分子有機聚合體，由於良好的生物相容性，經適當的表面修飾，可有利於細胞吸附、增殖或分化等功能，或具有生物可降解性（如：含有可水解的鍵結，包括酯基、醯胺基、尿素基等），而可被生物因子如酵素、微生物反應逐步分解為小分子，再經由腎臟過濾或代謝程序排出體外。

除了應用在醫療器材外，生醫材料目前還可用於如手術縫線及敷料、人工血管、心導管、韌帶及軟骨等組織工程，以及血液透析、藥物運送系統、疫苗或醫學影像顯影劑開發等廣泛的生醫產業應用。事實上，可在活體內應用的理想生醫材料，除了不具有毒性和良好的生物相容性以外，也須盡量避免造成強烈的免疫反應和排斥現象。過去數十年的臨床經驗顯示，外來物質在進入活體後，很容易就被宿主免疫系統辨識而發生交互作用。因此，目前生醫材料的研發趨勢，已改變傳統思維（認為好的生醫材料不會與活體的組織及體液發生反應），著重在宿主的細胞與植入的材料能夠產生適當的反應和交互作用，以協助材料的植入、吸收或瓦解，以及組織的再生，幫助病變組織的修補與重建。

材料性質是否可能致癌也是近年相當重視的課題，因為過去的經驗發現，有些材料性質雖不具生物毒性，但卻可能引發物理或化學，甚至生物性反應的強烈刺激，而導致宿主組織細胞的突變，進而產生癌化。另外，容易取得且成本低廉的特性也是生醫材料能否被廣泛應用的要件。

❒優秀抗菌能力

由於許多致病菌變異速度快，很容易對抗菌藥物（抗生素）產生耐受性而失去療效，因此目前市場上常見的抗菌材料常覆以銀離子抗菌劑為主，但銀的抗菌效能必須在離子態才能發揮，不利於多樣性應用的生醫材料。同時，銀奈米級粒子不易控制的特性，可能進入生物體，造成臨床醫療上的隱憂。

幾丁聚醣因為具有抗菌性，對於細菌與酵母菌等真菌都有部分或完全的抑菌效果，而被大量的應用在生醫產業領域。一般認為，幾丁聚醣所帶的胺基，在特定環境下會形成正電荷，干擾這些微生物表面的負電荷，改變其細胞壁的通透性，使微生物體內物質流出而造成菌體死亡。因此，許多研究報導指出影響幾丁聚醣抗菌活性因子主要與幾丁聚醣本身分子量、去乙醯度以及乙醯基分佈有關，例如：在相同去乙醯度條件下，乙醯基呈區域分佈的抗菌活性明顯大於乙醯基呈隨機分佈的幾丁聚醣。由於幾丁聚醣的抗菌來自正負電的交互反應，因此菌體表面負電荷含量多寡，會影響幾丁聚醣對該細菌的抗菌能力，同時環境若大量存在陽離子（如：Mg²⁺、Ca²⁺ 及Na⁺ 等），也會降低抗菌及抑菌的活性。另外，也有研究指出，短鏈幾丁聚醣在進入菌體後，可能藉由與DNA 錯合影響染色體結構，進而阻止RNA 生合成並降低細胞生命力，達到抑菌的效果。

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❒製造藥物的最佳材料

幾丁聚醣有許多特殊的性質，可以穩定藥物成分、促進藥物吸收、延緩或控制藥物溶解，並幫助藥物通過胃而抵達腸道被吸收。例如：帶正電的幾丁聚醣可與藥物中帶負電的游離脂類形成乳劑，避免藥物在製造過程時被破壞，而有助穩定藥物成分；幾丁聚醣具陽離子、吸附性與溶解度的特性，使其可在製藥工業中扮演錠劑的賦形劑、崩散劑和固定劑。另外，由於幾丁聚醣可藉由交聯作用形成的聚合物，有效包覆不耐酸的口服藥物及生物製劑（如胰島素），避免其被胃酸分解的風險，順利通過胃而進入腸道吸收；而在口腔、鼻腔與腸道等黏膜部位，幾丁聚醣可被黏膜及其內微生物之生物因子（如酵素）分解，達到藥物及生物製劑釋放的目的。

另一方面，幾丁聚醣因具良好的生物吸附性，因此可以將生物製劑（如疫苗）的成分送至富含免疫細胞的黏膜部位，引發較佳的免疫反應；而其欠佳的水溶性則能與高水溶性藥物混合，製成錠片，延長藥物溶解時間。另外，奈米微粒級的幾丁聚醣也可有效調控細胞間的「緊密連結蛋白」結構，而當幾丁聚醣被分解時，緊密連結蛋白又會將細胞間隙密合，促進藥物吸收。因此幾丁聚醣被視為是製備藥物及藥物運送載體的最佳生醫材料之一。

❒臨床應用─核磁共振顯影劑

氧化鐵磁性奈米粒子因具有超順磁性，能增強在核磁共振的對比影像，可做為磁共振造影的顯影劑，也可做為磁標治療的載體。氧化鐵磁性奈米粒子通常由內層氧化鐵核心和外層高分子聚合物所組成，外層所包覆的高分子聚合物具有生物相容性，並可避免奈米粒子核心中的鐵直接裸露出來而造成生物毒性，同時預防奈米粒子在水溶液的環境中有聚集和沉澱現象。

近年來，許多研究以幾丁聚醣作為包覆的巨分子，除了高度的生物相容性外，主要因為具有良好的吸附力，和容易修飾的官能基（胺基及羥基），可吸附藥物、蛋白質或其他分子，或形成鍵結。由此可拓展氧化鐵磁性奈米粒子的應用，而兼具磁性調控、診斷、治療等多重功能，在臨床應用上有極大的潛力。

❒受傷也能用到它

創傷敷料的臨床應用主要在協助傷口的癒合，並避免傷口沾黏和細菌感染。由於幾丁聚醣帶有胺基，在特定環境下帶正電（NH³⁺）的特性，除了上述提及具有抗菌特性外，也容易吸附許多蛋白質分子以及新生的游離細胞 （帶負電），而促使傷口癒合，幫助快速止血。

近年來，利用修飾幾丁聚醣的羥基為親水性（-COOH，-SO₃或-H₂PO₄），而胺基端則修飾成疏水性（1~12 個碳的烷基），會形成具有親疏水雙性的聚醣結構，而具備高吸水及高保濕的特性，可以有效改善傷口沾黏，並促進傷口癒合及減少疤痕。另一方面，此幾丁聚醣還具有溫度敏感性，可應用於不規則傷口（如痔瘡或燙傷患者），以凝膠式的敷料來使用。另外，幾丁聚醣尚可結合膠原蛋白或肝素（heparin）形成混合性敷料，利用肝素穩定傷口分泌的生長因子及增加鍵結時間；膠原蛋白則提供傷口修復所需的原料，促進纖維母細胞的增生及膠原蛋白的分泌，使皮膚細胞更加活化並修補傷口。

近年來，由於幾丁質與幾丁聚醣的特性和應用性的相關研究蓬勃成長，也促使幾丁聚醣相關產品的市場規模迅速擴大，而成為最受矚目的天然高分子。事實上，除了作為生醫材料以外，幾丁聚醣在保健食品、化妝品、植物病蟲害防護、廢水處理、生化分離以及紡織纖維等領域也都有很大的應用價值，希望能為臺灣的生技產業帶來無限的商機。

（liz west, https://goo.gl/csdCmG）

作者／沈家瑞（英國布理斯托大學免疫學博士，長庚大學醫學生物技術暨檢驗學系副教授，臺灣幾丁質幾丁聚醣學會理事）、劉昭麟（臺大醫學院生化學博士，曾於加州大學舊金山分校、聖路易華盛頓大學訪問研究，現於明志科技大學化學工程系任教）

...【延伸閱讀】其他詳細內容請參考「科學月刊第553期」。＜我要訂閱＞