IABS2013@MVC:可注射性聚乙二醇-聚氨基酸水凝胶及其作为局部抗癌药物释放载体的应用

合成聚氨基酸具有与天然蛋白质类似的基本结构单元和二级结构(如α螺旋、β折叠结构等),具有良好的生物相容性和生物可降解性,因而,被广泛应用于生物医学领域,包括组织工程支架、药物/基因载体、生物诊断、免疫佐剂等方面。中国科学院长春应用化学研究所陈学思研究员课题组多年来致力于聚氨基酸材料的研究开发,尤其注重功能化聚氨基酸及其共聚物材料的设计制备和生物医学应用。最近,该课题组相关研究人员开发了一种基于聚乙二醇和聚(L-谷氨酸酯)嵌段共聚物的温度敏感可注射性水凝胶材料,并将其作为抗癌药物局部释放载体用于体内肿瘤治疗研究。

包载紫杉醇水凝胶的局部抗肿瘤效果

可注射性水凝胶是一种可以在注射位点原位成型的高分子水凝胶材料,其具有微创、操作简单、创面适应性好、局部应用、生物相容和生物可降解等诸多优点,因而在生物医学领域,尤其是在局部药物控制释放和组织工程方面具有广泛的应用前景。温度敏感型可注射性水凝胶在室温或者更低温度时呈现水溶液状态,只需与药物在一定条件下混合,当注射到生物体内后,由于体温的刺激,聚合物水溶液迅速转变形成水凝胶,形成局部药物存储系统,控制药物在原位持续释放,针对病灶部位进行局部治疗,降低药物的全身毒性。相比于目前传统的温度敏感水凝胶材料,聚氨基酸水凝胶可以在较低的聚合物浓度下形成水凝胶,其降解产物为氨基酸片段,不会引起组织局部的炎症,便于保持所担载药物和生物分子的活性,具有良好的应用价值。

该课题组研究人员发现,聚氨基酸侧链链段对这种聚乙二醇-聚(L-谷氨酸酯)嵌段聚合物的亲疏水性质、二级结构,以及温度响应溶胶-凝胶转变行为具有显著影响。当聚氨基酸链段含有较高含量的β-折叠结构,两嵌段共聚物则可以表现出较低的溶胶-凝胶转变温度,以及较低的临界凝胶形成浓度。一种聚合物浓度为4 wt%的聚(L-谷氨酸乙酯)-聚乙二醇-聚(L-谷氨酸乙酯)三嵌段共聚物水溶液经皮下注射到大鼠体内后,能快速形成水凝胶。水凝胶在大鼠皮下可以逐渐被皮下的蛋白酶降解,而且实验结果表明,水凝胶没有引起周围组织的长期的炎性反应和病变,具有良好的组织相容性。进一步研究发现,将该聚氨基酸共聚物水溶液与抗癌药紫杉醇(PTX)在一定条件下混合之后,一次注射到荷瘤裸鼠的肿瘤组织附近,可以实现对异体接种的人肝癌肿瘤长达3周以上的持续抑制,并不会引起裸鼠明显的机体毒性和主要器官损伤。该研究表明,这种可注射性聚氨基酸共聚物水凝胶可望作为药物(包括抗癌药物、蛋白、多肽等)局部、持续释放的载体。另外,该课题组研究人员还利用聚氨基酸侧链的不同功能基团,制备了生物功能分子修饰的可注射性水凝胶,有效地促进了细胞对于水凝胶材料的黏附。

相关部分研究工作相继发表在近期出版的国际学术期刊上,包括Advanced Healthcare Materials 2012, 1, 48-78; Biomacromolecules 2012, 13, 2053-2059; Biomaterials 2013, 34, 10338-10347; Biomacromolecules 2013, 14, 468-475等期刊上。