原位快速凝胶化的聚氧乙烯醇407/聚(NIPAAm-co-MA)热敏性注射用水凝胶，结合了壳聚糖/姜黄素纳米颗粒，用于实现双重药物递送

《Materials Today Communications》：In situ fast gelling poloxamer 407/ poly(NIPAAm-co-MA) thermosensitive injectable hydrogels incorporating chitosan/ curcumin nanoparticles for dual drug delivery

姜黄素-甲氨蝶呤复合水凝胶通过整合聚氧乙烯-聚丙乙烯-聚氧乙烯共聚物、温度响应性共聚物及壳聚糖纳米颗粒，实现了37-40℃下快速凝胶化与协同控释。壳聚糖纳米颗粒负载的姜黄素在酸性肿瘤微环境影响下持续释放，而共载体制剂显著调控了甲氨蝶呤的突释特性，使双药物释放效率分别达77%和69%。体外实验证实该系统对乳腺癌细胞系具有协同增毒效应，细胞存活率降低达62%。

　　本研究旨在开发一种可注射的复合水凝胶，用于同时递送姜黄素（CUR）和甲氨蝶呤（MTX），以实现对癌细胞的协同治疗。这种水凝胶基质以热敏性聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物（Poloxamer 407）为基础，通过引入马来酸酐（MA）与N-异丙基丙烯酰胺（NIPAAm）的共聚物（poly(NIPAAm-co-MA)）来调节凝胶化温度。为了实现持续释放，研究中采用了壳聚糖纳米颗粒（CS NPs），这些纳米颗粒负载了CUR，通过离子凝胶化法使用三聚磷酸钠（TPP）制备而成。实验表明，CS NPs的平均粒径在48到87纳米之间，其多分散指数（PDI）在0.04到0.07之间，取决于CS与TPP的比例。初始凝胶系统的低临界溶解温度（LCST，即聚合物从可溶状态转变为不可溶状态的临界点）约为32°C。当加入热敏性共聚物后，该温度提升至约39°C，与肿瘤组织的生理温度相匹配。在酸性pH条件下，CUR的释放率高达20%，比在生理pH条件下的释放速度更快。相比之下，单独使用MTX的制剂在前4小时内会出现快速释放现象。在150小时内，双药物递送系统释放了77%的CUR和69%的MTX，而单一药物制剂释放了75%的CUR和86%的MTX。这些结果表明，将两种药物结合在一起可以减缓释放过程，从而延长MTX的可用时间。

在癌症治疗领域，乳腺癌是女性中最常见的癌症类型之一。目前，乳腺癌的常见治疗方法包括化疗、手术切除受损组织和放射治疗。尽管化疗在乳腺癌治疗中被证明是有效的，但其过程往往令人困扰。此外，现有的癌症治疗方法存在诸如疗效有限、药物耐受性和非特异性治疗等不足之处。因此，研究者期望通过局部治疗方式来提高治疗效果。局部治疗是指将治疗药物直接注射到肿瘤部位，这种方法可以实现药物在病变组织中高浓度的直接作用，从而减少对周围健康组织的损害。由于局部治疗的药物不需要经过肝脏和血液系统来达到病变部位，因此相较于其他治疗方法具有显著优势。利用智能可注射水凝胶是一种新型的非手术局部给药方式，其优势包括药物的可控释放和在肿瘤部位的增强药物稳定性，特别适用于水溶性较差的药物，如CUR。

在本研究中，采用了Poloxamer 407作为基础材料，通过引入聚(NIPAAm-co-MA)来调节凝胶化温度。同时，将CUR封装在CS纳米颗粒中，以实现持续释放。为了优化凝胶系统的性能，研究人员调整了CS纳米颗粒、poly(NIPAAm-co-MA)和Poloxamer 407的浓度，从而实现了对凝胶化温度和时间的调控。实验结果表明，CSPCOGel4（含2.7% w/w的poly(NIPAAm-co-MA)）在39°C下凝胶化时间显著缩短，仅需不到40秒。这种优化的凝胶系统不仅能够快速形成，还能够提供良好的药物释放控制。

为了评估药物的释放行为和机制，研究团队采用了多种模型进行分析，包括零阶、一阶、Higuchi和Korsmeyer-Peppas模型。这些模型有助于理解药物释放过程中的主要机制，如扩散、溶胀和聚合物降解等。实验结果表明，CUR在单一药物制剂中释放速度较慢，而在双药物制剂中释放速度较快。这种差异可能与CUR的纳米封装以及其在酸性条件下的溶胀特性有关。而MTX在单一制剂中表现出快速释放，但在双药物系统中释放速度有所减缓，这可能是由于CUR的加入减缓了MTX的释放速率，从而实现了更持久的药物释放。

为了评估药物的生物相容性，研究者使用了MTT实验，对MDA-MB-241和MCF-7细胞系进行了24小时和48小时的测试。结果显示，双药物制剂（CUR和MTX以1:1质量比）在细胞毒性方面表现更优，表明其具有协同治疗效果。通过使用CompuSyn V.1软件分析，发现大多数浓度下的CUR和MTX组合显示出协同效应，这进一步支持了双药物递送系统的治疗优势。此外，实验还发现，某些低剂量的CUR和MTX组合可能表现出拮抗效应，这可能与药物的相互作用有关。

在材料的合成方面，CS纳米颗粒通过离子凝胶化法成功制备，其粒径在48到140纳米之间，且PDI值均低于0.45，表明其具有良好的分散性。CUR的封装显著增加了纳米颗粒的粒径，同时提高了其在酸性条件下的释放效率。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）分析，研究人员确认了CUR成功封装在CS纳米颗粒中，并且纳米颗粒在水凝胶中表现出良好的形态和结构。这些结果表明，纳米颗粒不仅能够提高CUR的溶解度，还能增强其在体内的稳定性。

为了进一步了解水凝胶的物理化学性质，研究者进行了热重分析（DSC）和流变学分析。DSC结果显示，CSPCOGel4的玻璃化转变温度（Tg）为39°C，与肿瘤组织的生理温度相符，表明该水凝胶能够在肿瘤部位发生凝胶化。流变学分析表明，CSPCOGel4在39°C下表现出较高的弹性模量（G'），这有助于维持水凝胶的结构稳定性和机械性能。这些结果表明，CSPCOGel4在药物递送过程中具有良好的性能。

此外，研究团队还通过扫描电子显微镜（FESEM）分析了水凝胶的形态特征。结果显示，CSPCOGel4具有高度多孔的结构，其孔径分布均匀，有利于药物的释放和细胞的渗透。这些特性对于实现局部药物释放和提高治疗效果具有重要意义。通过这些分析，研究者能够评估不同配方水凝胶的物理化学特性，并选择最合适的配方用于进一步的治疗评估。

综上所述，本研究成功开发了一种新型的双响应水凝胶系统，能够实现CUR和MTX的协同递送。这种系统不仅能够控制药物释放，还能提高药物的生物相容性和治疗效果。通过调整配方参数，研究团队实现了对凝胶化温度和时间的优化，使得该水凝胶能够在肿瘤部位迅速凝胶化，从而实现有效的药物递送。未来的研究方向包括进行体内评估，解决大规模生产中的挑战，评估制剂的稳定性和保质期，并进一步研究其潜在的副作用。这些工作将有助于推动该水凝胶系统在临床中的应用，为乳腺癌治疗提供新的解决方案。