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    北京航空航天大學樊瑜波教授團隊:可降解鎂調控聚乳酸微球的藥物釋放特性和緩解聚乳酸在體內引起的炎癥反應
    2019-06-28  來源:中國聚合物網

      聚乳酸作為一種經典的生物可降解材料,在生物醫學領域有著廣闊的應用前景。其中,將聚乳酸作為基底材料制備的藥物載體因其可控的藥物緩釋特性,受到了廣泛關注。目前,研究者們主要通過兩類方式調控聚乳酸載體中的藥物釋放。第一類是通過改變分子量、親疏水性等聚合物本身的性質來控制藥物釋放。此類方法雖然能取得一定的效果,但其調控方式過于被動,無法實現對藥物釋放速率的精準控制,難以達到預期效果。第二類則是通過在聚乳酸中引入能對光、電、磁等外界刺激做出響應的材料,來達到控制藥物釋放的目的。相較于前者,此類調控方式更為精確主動。然而,由于引入的物質往往具有較大毒性且無法降解,其進一步應用受到了限制。此外,聚乳酸在體內降解過程中會產生酸性副產物,導致植入部位pH過低,由此引發的炎癥反應也是目前亟待解決的問題。

      針對以上聚乳酸藥物載體存在的問題,北京航空航天大學樊瑜波教授團隊研制了一種鎂/聚乳酸(Mg/PLLA)復合載藥微球,將可降解金屬鎂顆粒引入聚乳酸微球中,通過改變微球中的鎂含量及鎂顆粒大小來調控藥物的釋放。研究結果表明,微球的藥物釋放速率與鎂含量呈正相關,與鎂顆粒大小呈負相關。釋放28天后的微球內部圖像顯示,鎂顆粒的降解會在微球內部形成孔洞及通道,改變了微球內部的連通性,進而影響了藥物釋放。

    圖1. 不同鎂含量微球在PBS中的(A)BSA釋放曲線,(B)鎂釋放曲線,(C)溶液pH變化曲線及(D-L)浸泡1,9和28天后的掃描電鏡圖像。

    圖2. (A)含不同大小鎂顆粒微球在PBS中的BSA釋放曲線;(B-E)在PBS中浸泡28天后微球內部掃描電鏡圖像:(B) 2.5%Mg/PLLA微球,(C) 10%Mg/PLLA微球,(D) 2.5%Mg(L)/PLLA微球,(E) 10%Mg(L)/PLLA微球(其中Mg/PLLA表示微球中的鎂顆粒直徑為9.68 ± 4.93 μm,Mg(L)/PLLA表示微球中的鎂顆粒直徑為31.02 ± 14.17 μm)。

    圖3. Mg/PLLA微球釋放BSA的機制示意圖。

      同時,由于鎂的降解產物呈堿性,能夠中和聚乳酸降解產生的酸性產物,因而大大減輕了微球植入后的炎癥反應。小鼠的皮下植入實驗顯示,與純聚乳酸微球相比,2.5%鎂含量微球植入10和30天后的炎癥細胞浸潤及炎性細胞因子表達均出現了顯著降低。

    圖4. 不同鎂含量微球植入10和30天后的細胞浸潤分析:(A) H&E染色; (B) F4/80染色。

    圖5. 不同鎂含量微球植入10和30天后的免疫組化分析:(A) IL-1β染色;(B) TNF-α染色。

      此外,鎂作為一種具備良好促成骨性能的材料,其引入也使得聚乳酸微球的生物活性得到了提升。綜上所述,該鎂/聚乳酸復合載藥微球在藥物介導的組織工程領域,尤其是生長因子介導的骨修復領域有著潛在的應用前景。

      以上成果于2019年6月在線發表于ACS Applied Materials & Interfaces上(DOI: 10.1021/acsami.9b03766)。論文的第一作者為北京航空航天大學生物與醫學工程學院和生物醫學工程高精尖創新中心的博士生楊豐合,通訊作者為北京航空航天大學生物與醫學工程學院和生物醫學工程高精尖創新中心的牛旭鋒副教授樊瑜波教授

      論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b03766

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