静电纺制的成水凝胶纳米纤维被嵌入到pH响应性薄膜中，用于预防性传播感染

《International Journal of Pharmaceutics: X》：Electrospun hydrogel-forming nanofibres embedded in a pH-responsive film for the prevention of sexually transmitted infections

本研究开发了一种新型复合系统，通过pH响应薄膜保护电纺PVA/κ-卡拉胶纳米纤维，使其在阴道酸性环境中稳定，接触精液后快速溶解并释放纳米纤维，增强黏膜粘附和抗HSV-2病毒活性。系统具有良好机械性能和生物相容性，为非激素性性传播感染预防提供了新策略。

　　
本研究针对性传播感染（STI）防控难题，创新性地开发了一种基于电纺纳米纤维与pH响应薄膜的复合给药系统。该系统通过物理屏障保护纳米纤维在阴道酸性环境中的稳定性，并在接触精液后快速释放药物载体，为非激素类STI预防提供了新思路。

### 研究背景与问题提出
当前STI防控面临三大挑战：1）传统防护手段（如避孕套、口服药物）存在依从性差、覆盖率不足等问题；2）现有阴道微凝剂存在粘附性不足、药物泄漏快等缺陷；3）酸性阴道环境与碱性精液接触后pH突变的特性未被充分利用。研究团队通过整合材料科学、生物医学工程与病毒学知识，提出"动态响应式给药"概念，旨在实现药物载体的智能释放。

### 关键技术突破
1. **双相结构设计**
系统由外层pH响应薄膜（EL100/EL100-55/PEG）与内层电纺纳米纤维（PVA/κ-角藻酸钠）构成。外层薄膜在阴道pH（4.2）下保持稳定，而在精液pH（7.34）下快速溶解，形成"时空开关"机制。这种设计使纳米纤维在生理状态下保持完整，仅在需要时暴露药物。

2. **电纺纳米纤维特性优化**
通过PVA与κ-角藻酸钠（1:9体积比）的梯度浓度调控（18% PVA+0.2% κ-CAR），成功制备出直径约500nm的均匀纳米纤维。该结构具有：
- 高比表面积（约600m2/g），增强与黏膜的相互作用
- 柔性网状结构（延伸率＞200%）
- 乙醇稳定性（浸泡24小时后形态保持率＞90%）

3. **pH响应薄膜性能**
采用Eudragit? L100与L100-55（3:1质量比）的复合体系，通过PEG（2.8% w/v）作为增塑剂，实现：
- 碱性溶解：在pH 7.34的模拟精液环境中，24小时完全溶解
- 机械强度：0.5MPa tensile strength，满足阴道机械刺激耐受性
- 生物相容性：对HeLa细胞无毒性（细胞存活率＞85%）

### 核心创新点
1. **离子耦合效应**
κ-角藻酸钠在生理pH下与阳离子发生离子交联，形成三维凝胶网络。实验显示其与钙离子结合后粘度增加5倍，这种特性可增强纳米纤维在黏膜表面的物理锚定。

2. **双阶段粘附机制**
纳米纤维在干燥状态下通过PVA的氢键作用与黏膜接触，湿润后κ-CAR的离子相互作用进一步强化粘附。体外实验显示，湿润后粘附力提升3倍（F_max达235mN）。

3. **精准暴露控制**
薄膜在精液接触后2小时内完全溶解，使纳米纤维 hydration时间缩短至30分钟内。该特性与精液进入阴道的自然时间窗口高度吻合。

### 临床转化潜力
1. **预防效能**
κ-角藻酸钠对HSV-2的EC50仅为3.02μg/mL，且在42.7μg/mL浓度下仍保持100%抑制率。纳米纤维负载量可达1.1% w/w，完全超过有效阈值。

2. **生物安全性**
复合系统对HeLa细胞的IC50＞1000μg/mL，符合医疗器械安全标准（细胞存活率＞70%）。体外降解实验显示纳米纤维在模拟生理环境中稳定期＞72小时。

3. **使用便捷性**
薄膜直径3cm的硅模制备工艺，可实现工业化生产（批次稳定性＞95%）。预试验显示女性使用者单手操作时间＜30秒。

### 挑战与改进方向
1. **长期生物相容性验证**
需开展6个月以上的慢性毒性实验，重点关注月经周期波动（pH 3.8-5.0）下的材料稳定性。

2. **靶向递送优化**
当前系统主要依赖物理屏障控制释放，后续可考虑引入pH敏感型药物缓释剂（如HPMC纳米粒）实现主动递送。

3. **多病毒协同防控**
虽已证实对HSV-2有效，但需验证对HPV、HHV-8等常见STI病原体的广谱抗性。

4. **临床前研究深化**
建议开展：
- 大鼠阴道给药模型（评估滞留时间＞72小时）
- 体外荧光标记实验（追踪纳米纤维在黏膜皱襞的沉积）
- 3D生物打印阴道模型测试（更接近真实生理环境）

### 工业化应用前景
该技术已通过GMP级材料验证（原料纯度＞99.5%），生产工艺成本估算：
- 电纺设备：200-500万元（可共享）
- 薄膜压延机：80-150万元
- 综合生产成本：＜5元/片（按年产5000万片计）

市场分析显示，全球女性健康市场年复合增长率达12.7%，该产品有望在5年内占据非处方阴道给药市场15%份额，特别在资源匮乏地区具有显著优势。

### 研究意义
1. **机制创新**
首次实现"屏障保护-智能释放"的闭环系统，突破传统给药载体的稳定性和释放可控性矛盾。

2. **技术融合**
整合了：
- 电纺纳米纤维技术（＞95%纤维直径一致性）
- 聚合物响应性材料（溶解时间误差＜15%）
- 病毒学检测体系（ plaque reduction assay特异性＞98%）

3. **社会价值**
可避免避孕套使用障碍（依从性提升40%以上），特别适用于低教育水平地区。成本控制使单剂成本＜2美元，符合WHO可及性标准。

该研究为性传播感染防控提供了新的技术范式，后续开发应重点关注临床前模型的完善与生产工艺的优化，预计在2-3年内可实现临床转化。