同济大学杜建忠、范震教授团队：降温触发囊泡释放药物

第一作者：廖雨瑶

通讯作者：杜建忠，范震

通讯单位：同济大学附属上海市第十人民医院骨科，同济大学材料科学与工程学院高分子材料系，同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室

引用信息

廖雨瑶, 范震, 杜建忠. 光交联固化的聚合物囊泡用于降温触发的药物释放. 物理化学学报, 2021, 37 (10), 1912053.

doi: 10.3866/PKU.WHXB201912053

Liao, Y. Y.; Fan Z.; Du, J. Z. Photocrosslinking-Immobilized Polymer Vesicles for Lowering Temperature Triggered Drug Release. Acta Phys. -Chim. Sin., 2021, 37 (10), 1912053.

doi: 10.3866/PKU.WHXB201912053

主要亮点

本文设计并合成了一种新型两亲性嵌段共聚物：聚氧乙烯-嵌段-聚[(N-异丙基丙烯酰胺-无规-7-(2-甲基丙烯酰氧基乙氧基)-4-甲基香豆素)-嵌段-聚丙烯酸] [PEO₄₃-b-P(NIPAM₇₁-stat-CMA₈)-b-PAA₁₃]，进而将其自组装为囊泡。其中，CMA基团可光交联以增强囊泡的稳定性，PNIPAM链段赋予了囊泡温度响应特性。该囊泡能高效包载抗生素并实现低温触发释放，为设计新型温度控制的药物释放载体提供了新思路。

研究背景：意义、现状

在生理环境中的稳定性和药物控释能力是纳米药物载体的重要性质。光交联是一种较为理想的稳定纳米载体的方法，它无毒、经济、易控制，无副产物。另外，通过温度来控制药物释放在临床上也较为便利，然而目前多为升温释药，即当温度高于温敏性聚合物的低临界溶解温度(LCST)时，药物加速释放，但是这需要病人对高温具有较好的耐受度。譬如，PNIPAM是一种常用的温敏性聚合物，在体内控制作用靶点处的温度高于其LCST (39 °C)较为困难，且容易损伤细胞。而通过冰敷降温至25 °C，不仅不会造成冻伤，还有利于药物释放。

核心内容

1  囊泡的形貌和稳定性表征

首先合成两亲性嵌段共聚物[PEO₄₃-b-P(NIPAM₇₁-stat-CMA₈)-b-PAA₁₃]，进而在水溶液中将其自组装为囊泡。利用透射电子显微镜对其进行了形貌表征(图1a，b)。进一步研究了其稳定性，在光交联后放置一周，囊泡的大小和形貌没有明显的变化(图1c)。此外，动态光散射研究表明，囊泡在水溶液和PBS溶液中的大小和分散性无明显变化(图2)。这些实验结果表明，交联后的囊泡具有优异的稳定性。图1  光交联囊泡在合成后第一天(a，b)和第七天(c)的TEM照片。

图2  光交联囊泡在水中(a)和0.01 mol·L^–1 PBS中(25 °C) (b)的流体力学直径(D_h)和多分散系数(PD)。

2  囊泡的温度响应性表征

在温度从45 °C逐步降到25 °C的过程中，未交联的囊泡粒径变大，继续降温导致囊泡解组装(图3a)，说明未交联的囊泡在低温时易于解组装。然而，光交联的囊泡在5–45 °C之间具有可逆的粒径变化(实验循环三次)，表现为升温时粒径变小，降温时粒径变大，同时PD值维持在0.2以下，粒径维持均匀(图3b，c)。

图3  (a)未交联囊泡在水溶液中粒径随温度的变化；(b，c) 交联囊泡在水溶液中粒径随温度(b)升高及(c)降低的变化(温度间隔为5 °C，平衡时间为30 min)。

3  囊泡的温度响应性药物释放

在40 °C包载抗生素环丙沙星(包载量10.4%，包载率32.7%)，并在去离子水中透析12 h，囊泡在25 °C下的药物释放量比37 °C下高35%，同时25 °C下的累积药物释放达到92% (37 °C下57%)。这些结果表明，降温可有效触发药物释放。

图4  37和25°C时载药囊泡的累积释放曲线。

结论与展望

本文构建了一种两亲性嵌段共聚物PEO₄₃-b-P(NIPAM₇₁-stat-CMA₈)-b-PAA₁₃囊泡，其中可光交联的CMA基团可增强囊泡的稳定性，PNIPAM链段赋予了囊泡温度响应特性。该囊泡能够高效包载抗生素，并实现降温触发的抗生素释放(25 °C下的抗生素释放量比37 °C高35%)。总之，本文为设计新型温度控制的药物释放载体提供了新思路。

☎作者介绍

 杜 建 忠 

出生于1975年，理学博士，同济大学长聘特聘教授、博导、学术委员会委员，国家杰出青年科学基金获得者(2019)，英国皇家化学会会士(FRSC，2017)，同济大学高分子系、附属第十人民医院教授，主要研究领域为高分子化学与物理、生物材料，近5年以通讯作者在J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.等著名期刊发表SCI论文50多篇。

相关拓展

原文链接（点击左下角“阅读原文”即可访问）：

http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201912053