小龍蝦和螃蟹的嘌呤（美食生物材料）

2023-05-09 04:23:26

維繫生存離不開主食，享受生活離不開海鮮。

金秋時節唆一口肥美的蟹腿，熬到半夜點一份夠勁兒的小龍蝦可以說是不少人的生活習慣。

螃蟹和小龍蝦可不僅僅是一位位食客腸胃的慰藉，它們的一些獨特性質也保證了其能被廣泛應用於生物醫學。

因為之前有介紹過大豆和再生醫學以及菠菜和光動力抗癌，這次就介紹螃蟹和小龍蝦在傷口敷料的應用了。

為了說明白它們為啥有這麼大能耐，本文將先介紹傷口敷料需要什麼性能，再說明小龍蝦和螃蟹等甲殼類生物如何滿足這些需求，最後聊一聊他們還有什麼奇奇怪怪的應用。

現在主流理論認為傷口的溼潤環境更有利於癒合[1]，最好想辦法用傷口敷料在病灶創造一個溼潤的微環境，敷料需要有保水固水的能力，維持傷口的溼潤環境。

這個實驗是用豬做的，後來1963年Hinman博士在臨床上再次證實這個結論

用於傷口的敷料肯定不能對人體產生明顯的毒性，不然就不是傷口敷料，而是「傷口毒料」了。

現在講究「個性化診療」，有些患者可能傷口是被刀劃傷，那麼敷料只需要薄薄一小條蓋住刀口就行。如果是大面積擦傷，則可能需要大面積塗敷薄薄一層。

所以敷料的可加工性就很重要。現在廣泛使用的新型敷料，比如水凝膠敷料，薄膜類都可以按需加工，那麼製作敷料的材料最好具有良好的可加工性，這樣才有實現商業化的可能。

比如這位運動員（我的偶像，阿爾伯特康塔多）的擦傷只需要薄薄一層敷料即可，不然影響氣動效果

皮膚是人體的「第一個衛士」，傷口處緊實緻密的皮膚破損，對細菌入侵的抵抗能力減弱。細菌入侵傷口處後在這種富含水和營養的環境中可能會大量繁殖，造成傷口感染，減慢癒合過程。所以，一塊有殺菌作用的敷料對傷口的癒合是十分重要的。

以上四個要求可以概括為創造適宜創傷癒合的條件，好像有些被動。優質的傷口敷料也應該「主動出擊」，即其自身就能介導信號通路，直接參與人體的某些生理循環，從而促進傷口的恢復，或者至少能夠作為載體包埋一些活性物質，讓這些藥物釋放出來參與細胞生理活動。

這好像是一條表皮生長因子和一些阻斷劑的通路

以上就是五點對傷口敷料的要求。

上結論：有甲殼素(chitin)。

甲殼素是一種天然的生物大分子多糖，它參與了甲殼類生物礦化的過程，被無機相「封存」在殼裡了。

相比於從玉米秸稈裡「製備」出石墨烯，甲殼素是直接從小龍蝦和螃蟹的殼裡「提取」出來的，是它們本身就有的東西，幾乎絕對的天然。

從蝦殼蟹殼提煉甲殼素的工藝，和做菜挺像的

但是甲殼素水溶性很差，難以被加工利用，這大大限制了它的應用。

所以一般會有將它脫乙醯為殼聚糖，殼聚糖的水溶性比甲殼素理想很多。現在製備生物材料也主要是使用殼聚糖而非甲殼素，所以之後本文就主要討論殼聚糖了。

這個脫乙醯過程和把蛋白質肽鍵打斷有些類似，都是開醯胺鍵

殼聚糖是一種高分子材料，相比於陶瓷和金屬，高分子的加工性無可比擬，能在各種溶劑中溶解後製備凝膠，薄膜，海綿等等形態的敷料，可以按患者需求加工成任意形狀，就像現在市面上的各種軟膏一樣。

而且由於其自身是天然生物大分子，生物相容性本身就十分優越，幾乎沒有細胞毒性，它也早已通過FDA等機構的認證，被允許應用於食品添加劑，也有不少殼聚糖製品獲批醫療器械。

殼聚糖的分子鏈上有大量的氨基、羥基等親水基團，很容易和水結合，將水保留在敷料內。

傷口發炎滲出膿液的時殼聚糖們可以把水牢牢吸入，防止傷口因為過度溼潤繼續惡化。在傷口恢復時，敷料又能把蒸發的水留在內部，防止傷口過分乾燥影響康復。

有意思的是，這些氨基不僅可以保水固水，還能夠在水環境下吸引質子從而帶上正電荷，形成的陽離子多糖在降解後會包覆在細菌表面，影響細菌真菌的膜通透性，幹擾它們的正常生理活動，從而起到廣譜殺菌抗菌的目的。

最後一點，就是殼聚糖如何主動出擊了。有研究表明，殼聚糖是嗜中性粒細胞，成纖維細胞的化學誘導劑，誘導其分泌胞外物質如膠原、纖維蛋白原以及彈性蛋白等，促進瘢痕組織形成閉合傷口[2]。

同時，殼聚糖自身可以誘導血細胞的凝聚，也可以激活補體系統促進血液凝固[3]，在傷口大量出血時使用殼聚糖敷料可以有效加快凝血，防止出血情況惡化。

纖維蛋白將血細胞網織

總之，殼聚糖這種多糖是很適合作為傷口敷料的材料。

根據以上的論述我們可以知道，殼聚糖是完美匹配傷口敷料的需求的，那麼是否真有這樣的東西被做出來呢，答案是肯定的，現在不僅研究做的火熱，臨床應用也有大量的開展。

黃色的是修飾上的基團

比如這種殼聚糖水凝膠[4]，通過對分子鏈上氨基的修飾使得其抗菌性能更好，選擇性地使用交聯劑使得水凝膠的彈性更顯著，甚至可以被摺疊數次。

這種殼聚糖水凝膠的韌性很好

這種新型殼聚糖基敷料還具有自粘附性。研究人員更是親身示範，將水凝膠直接塗敷在肘關節，它在肘關節自由運動的情況下也能粘在傷口上。這個過程並不需要複雜的包紮，簡單注射一下塗一塗就行，患者自己就能操作。

上面提到的水凝膠因為本身就有大量的水，所以吸水能力稍微遜色一些，不然尿不溼就用水凝膠做，而不是凝膠乾燥後的粉末了。

所以將水凝膠冷凍乾燥後的多孔海綿應運而生，它們就像刷碗的那種海綿一樣可以吸收大量的水分，防止傷口的過分水化。

派大星，我們一起做敷料吧

比如這項研究報導[5]的一種殼聚糖基海綿敷料能夠在傷口出血時迅速吸收滲出液，同時，由於殼聚糖自身就能激活凝血功能，所以這類敷料在傷口大量出血時能促進止血，傷口出血量只有使用紗布止血時的大約1/3。

上面介紹的兩種敷料更多地傾向於研究階段，市面上沒有類似產品。

據我所知，到目前為止，複雜的殼聚糖水凝膠和殼聚糖海綿敷料在醫院很難見到，甚至可以說，壓根兒沒有。

現在能在醫院或者藥房開到的殼聚糖產品主要是簡單的殼聚糖凝膠，沒有對它進行改性，沒有對它進行交聯，就是殼聚糖和其他配料簡單地混合一下，比如其他多糖或者甘油等，比較簡陋。

它們的責任主要是給傷口提供溼潤環境和溫和的抗菌力。

有些傷口一般沒必要使用「傷敵一萬，自損八千」的抗生素，殼聚糖這種自帶微弱又廣譜的抗菌能力的材料就顯示出優勢了，其天然多糖血統所賦予的優良生物相容性更保證了它作為一些場合的不二「敷料」選。

比較常見的產品主要是殼聚糖婦科凝膠以及一些普通創傷使用的凝膠材料。

它能幹的事情只有你想不到，沒有它做不到：

這個最容易想，實際上每次給小龍蝦和螃蟹去殼的時候指甲裡或者手指肚上總會留下那麼一點點甲殼素，別說你從來沒為了美味的醬料吮吸過手指，不知不覺中可能就吃進去了一點點。

貓：這指甲油有內味兒了，人類真好吃

別害怕，我國相關部門和FDA早就許可殼聚糖和甲殼素作為食品添加劑，不過一想，現在還覺得自己吃的清蒸螃蟹是「不含任何添加劑的天然綠色食品」嗎？

吃就行，別想太多，吃得爽才是重中之重。

不查不知道，從我接觸科研開始就用的殼聚糖，實驗室最low的材料，按公斤賣的玩意兒，灑一地都不心疼的試劑，搖身一變竟然成了「高端護膚品」的添加劑。

雅詩蘭黛的xxxxxxx，860元/200mL，我就問一句，這水啥味兒

倩碧和百雀羚的護膚品

比如以上兩張圖裡的三種化妝品，都有「乙醯殼糖胺」的蹤跡。實際上乙醯殼糖胺是一種小分子殼聚糖，是大分子殼聚糖的水解產物，同樣富含羥基和氨基等親水基團，可以很好地結合水分子，實現「保溼劑」的功效。

不僅人的臉蛋需要這樣的「肥料」，農作物也需要。

含有殼聚糖的肥料能夠在澆灌後結合水分子，延遲它們的揮發，實現農民們一次澆灌，多日偷懶的夢想。

實際上殼聚糖還能作為活性物質參與植物的生長發育，這也是圖中「促根」的一個由來

作物發芽等階段會受到細菌和病毒的侵擾，殼聚糖作為一種廣譜抗菌材料能夠在一定程度上保證植物的正常生長發育。現在已經有一些肥料產品明確表明配料裡有殼聚糖的成分。

隨著人們物質生活的豐富，生活和工業汙水裡的東西也開始了「爭奇鬥豔」。

上世紀在日本熊本縣轟動一時的水俁病事件就是工廠排放的汞離子（重金屬離子的一種）在水中被微生物轉化為甲基汞後通過食物鏈富集到人體引起的嚴重後果。

因甲基汞腦萎縮的水俁病患者，對肢體的控制能力減弱

重金屬離子的去除在水處理中的重要性不言而喻，其中使用絮凝劑將它們絡合後沉降再過濾掉就是方法之一。

殼聚糖就可以作為這樣的絮凝劑使用，分子鏈上大量的羥基和氨基提供了重金屬離子的結合位點，結合後的殼聚糖-重金屬離子會沉降下去。

這樣的結合方式和分子料理裡青瓜魚子醬的製作原理類似，只不過食品行業用的是毒性極低的原料而已。分子料理技法：球化

殼聚糖還有很多其他的應用，萬變不離其宗，它的功能是物理化學生物性質賦予的，這正是本文前半部分介紹殼聚糖性質時提到的。

比如它還能被用來做組織工程支架，靠的是生物相容性和可加工性，3D列印的殼聚糖細胞支架也不少。

殼聚糖還可以被作為食品包裝材料，也是藉助於它極佳的可加工性，其他應用不再贅述[6]。

殼聚糖用作食品包裝的製作方法

殼聚糖不僅可以被「不小心」吃進去，現在市面上已經出現了一些殼聚糖膠囊等營養品，各種功效吹的挺玄乎那麼我們該買來吃一點嗎？

很難否認殼聚糖對人體可能具有的潛在好處。比如因為它在體內會帶正電成為陽離子高聚物，且不會被人體消化吸收所以能夠結合小分子的負電脂肪，從而改善高血壓，降低血清膽固醇等[7]。也因為它能結合鐵離子，防止其對某些化學反應的催化，實現抗氧化的功能[8]。

這些都要辯證看待，很難給出一個確切的答案，甚至上面說的各種機理也只是特定現象的部分解釋，比如殼聚糖能抗菌除了本文之前提到的以外還有至少四個解釋，人體環環相扣，很難直接判定一種物質對人是好是壞。

你要問我會不會吃這個，我寧願吃芹菜（降血壓）洋蔥（抗氧化）炒牛肉（我愛吃），行走餐桌几千年，誰還沒點兒降血壓抗氧化的本事了？

[1] J. Wound Care, 2016, 25, 68-75.

[2] J. Periodontal Res., 2013, 48, 677-686.

[3] Carbohyd. Polym., 2003, 53, 337-342.

[4] Biomaterials, 2018, 183, 185-199.

[5] J. Mater. Chem. B, 2018, 6, 634-640.

[6] Prog. Polym. Sci., 2006, 31, 603-632.

[7] Nutr. Res., 2008, 28, 383-390.

[8] Carbohyd. Polym., 2008, 74, 228-234.

可能有讀者對本文之前提到的「溼性癒合理論」有異議，明明說皮膚受了傷不該沾水，為啥還要讓傷口溼性癒合呢？下篇文章我講講這個東西，已經寫了一半多，點關注不迷路。