【負(fù)載與控釋】應(yīng)用中光固化水凝膠如何選擇？

來(lái)源：EngineeringForLife

水凝膠為探索和理解細(xì)胞生態(tài)微環(huán)境提供了一個(gè)良好的體內(nèi)外活性因子負(fù)載模型。光固化水凝膠由于其使用簡(jiǎn)單，具有三維空間結(jié)構(gòu)和良好的生物相容性，被廣泛開(kāi)發(fā)為外泌體、生長(zhǎng)因子、局部給藥的遞送載體。而面對(duì)眾多的生物材料，如透明質(zhì)酸(HA)、明膠(Gel)等，如何選擇適合負(fù)載與控釋的光固化水凝膠？此外，藥物，生長(zhǎng)因子，外泌體的負(fù)載方式之間又有著怎樣的差異？本期，EFL為大家介紹不同活性因子（藥物、生長(zhǎng)因子、外泌體）負(fù)載與控釋的通用策略，讓非相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究人員能更有目標(biāo)性地去選擇合適的凝膠基材。

圖1 藥物負(fù)載及控釋型水凝膠作用于機(jī)體修復(fù)的示意圖[1]（圖片修改自DOI:10.1021/acs.nanolett.0c05039）

1. 藥物負(fù)載與控釋
藥物負(fù)載方式包含物理包埋/混合、靜電吸附、共價(jià)錨定等；控釋方式包含被動(dòng)擴(kuò)散（一般借助水凝膠內(nèi)外的滲透壓差）、主動(dòng)釋放（如凝膠網(wǎng)絡(luò)的瓦解等）[2]。

因此。相關(guān)負(fù)載與控釋領(lǐng)域的水凝膠設(shè)計(jì)常涉及不同類(lèi)型的外界刺激（如光、pH、活性酶等），以凸顯藥物遞送型水凝膠構(gòu)建的創(chuàng)新性，即在外界刺激下，實(shí)現(xiàn)原位藥物遞送。在相關(guān)研究中，光固化水凝膠一般扮演通用水凝膠骨架的角色，并在此骨架中引入刺激響應(yīng)性的鏈段設(shè)計(jì)，或引入偶聯(lián)藥物/活性因子的中間橋梁（如EFL新品-EFL-AC-PEG-NHS-2K），進(jìn)而錨定藥物。其本質(zhì)是利用凝膠骨架上可共價(jià)反應(yīng)的活性官能團(tuán)（如-C=C-、-COOH、-NH2等）或通過(guò)靜電作用、疏水締合非共價(jià)鍵作用等，來(lái)實(shí)現(xiàn)藥物的有效負(fù)載。


2. 生長(zhǎng)因子負(fù)載與控釋
生長(zhǎng)因子一般是指對(duì)機(jī)體生長(zhǎng)、發(fā)育廣泛調(diào)節(jié)作用的活性蛋白質(zhì)或多肽類(lèi)物質(zhì)。同上，若課題設(shè)計(jì)中涉及單一生長(zhǎng)因子的控釋而或生長(zhǎng)因子協(xié)同治療對(duì)組織的修復(fù)等方向，藥物負(fù)載與控釋的方式同樣適用于生長(zhǎng)因子，即通過(guò)物理共混、化學(xué)鍵合、靜電作用（可根據(jù)蛋白的等電點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)，利用靜電作用）等方式負(fù)載于光固化凝膠載體中。


3. 外泌體負(fù)載與控釋
外泌體（Exosomes）是指包含了復(fù)雜RNA和蛋白質(zhì)的小膜泡 （30-150nm）[5]。易于交聯(lián)成型的光固化水凝膠的內(nèi)部三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為負(fù)載外泌體提供了充分的空間，同時(shí)可在生理?xiàng)l件下逐步降解以實(shí)現(xiàn)緩釋外泌體的效果。外泌體的負(fù)載與控釋一般選擇簡(jiǎn)單的物理共混，以最大程度減少外泌體的功能活性損失。

具體可參考下表中EFL系列光固化水凝膠可實(shí)現(xiàn)的藥物/生長(zhǎng)因子/外泌體負(fù)載方式

下面，列舉一些在負(fù)載與控釋領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例。

1. ACS Applied Materials & Interfaces：F127DA水凝膠用于創(chuàng)面愈合的可控藥物釋放
研究材料：丙烯酰化Pluronic F127，甲基丙烯酸磺基甜菜堿
目標(biāo)藥物：利福平、紅霉素、吲哚美辛，均為疏水藥物
負(fù)載方式：膠束化的F127DA分子以疏水締合的方式負(fù)載疏水性藥物
研究結(jié)果：水凝膠受到機(jī)械力作用時(shí)，生物活性藥物與膠束芯體之間的結(jié)合被破壞，從而產(chǎn)生響應(yīng)的藥物釋放行為。這種機(jī)械反應(yīng)性強(qiáng)、抗菌性能好、生物相容性好的水凝膠在復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境下的傷口治療中具有廣闊的應(yīng)用前景[3]。

原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.0c13009

2. Advanced healthcare materials：糖蛋白抗體修飾的多孔GelMA水凝膠顆粒用于捕獲和釋放耐藥T細(xì)胞
研究材料：甲基丙烯酰化明膠(GelMA)多孔凝膠顆粒
目標(biāo)因子：P-糖蛋白
負(fù)載方式：通過(guò)EDC/NHS偶聯(lián)方式將P-gp抗體探針修飾于凝膠顆粒表面
研究結(jié)果：有序多孔納米結(jié)構(gòu)為高效靶細(xì)胞捕獲提供一個(gè)納米模式平臺(tái)，有望成為高效捕獲和檢測(cè)耐藥腫瘤細(xì)胞的理想材料[4]。

原文鏈接： https://doi.org/10.1002/adhm.201900136

3. Nanomedicine：GelMA水凝膠負(fù)載外泌體用于脊髓損傷的微創(chuàng)治療
研究材料：GelMA
目標(biāo)因子：骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體(Exos)
負(fù)載方式： 物理混合
研究結(jié)果：GelMA水凝膠增強(qiáng)了Exos的滯留，促進(jìn)了神經(jīng)元的分化和延伸，且可促進(jìn)神經(jīng)新生，并減輕受損病灶的膠質(zhì)瘢痕[5]。

原文鏈接：

https://doi.org/10.2217/nnm-2021-0025