聚乳酸作為一種經典的生物可降解材料,在生物醫(yī)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(fā)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(fā)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(yī)學工程學院和生物醫(yī)學工程高精尖創(chuàng)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(yī)學工程學院和生物醫(yī)學工程高精尖創(chuàng)新中心的牛旭鋒副教授和樊瑜波教授。
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