具有增强生物制剂口服递送能力的流控微凝胶组装体，在小鼠和犬模型中能够缓解结肠炎症

《SCIENCE ADVANCES》：Fluidic microgel assemblies with enhanced oral delivery of biologics alleviate colonic inflammation in murine and canine models

本研究开发了一种基于氢键的流体微凝胶组装体（FMGAs），通过形成水不混溶的大面积粘附涂层，显著延长口服生物制剂（如外泌体和TNF-α抗体）在胃肠道的保留时间（≥48小时），保护其免受酶解破坏，并实现靶向递送，有效改善溃疡性结肠炎小鼠和犬类模型的肠道屏障功能及菌群多样性，疗效优于传统药物。

　　
本研究提出了一种新型药物递送系统——流体微凝胶组装物（Fluidic Microgel Assemblies, FMGAs），旨在解决口服生物制剂在胃肠道中易被酶解、快速流失的问题。该系统通过氢键网络实现微凝胶的动态组装，在动物模型中验证了其有效延长药物驻留时间、保护生物活性并改善肠道屏障功能。

### 关键技术突破
1. **氢键驱动组装机制**
通过引入鞣酸（TAN）修饰的聚乙烯亚胺（PEI）壳层，在核心（明胶微凝胶）表面形成可逆氢键网络。该网络在生理盐水中表现出独特的流变学特性：低浓度盐下保持流体性，高浓度盐中则形成致密凝胶。这种相变特性使FMGAs既具备液体流动性（可覆盖大面积肠道黏膜），又具有水不溶性（驻留时间超过48小时）。

2. **双重保护机制**
- **物理屏障**：形成的致密凝胶层可抵抗肠道蠕动（模拟100次/分钟机械剪切力）和流体稀释（pH 1-9、渗透压10-500 mOsm/L环境）
- **生物活性维持**：包裹的细胞外囊泡（EXO）在模拟胃液（pH 2、37℃）中暴露2小时后仍保持完整双膜结构，与游离EXO相比破损率降低92%

### 核心实验验证
1. **体外性能测试**
- 负载效率：FMGA对EXO的包封率达68%，较未修饰的GM（31%）提升119%
- 稳定性：在胃仿真液（SGF）中暴露2小时后，FMGA-EXO的保持率仍达82%，而GM-EXO仅剩12%
- 流变特性：储能模量（G'）与损耗模量（G"）比值稳定在0.85-1.15区间，表明材料在复杂肠道环境中保持力学平衡

2. **体内作用机制**
- **肠道驻留**：经口服给药后，FMGA-EXO在C57BL/6J小鼠肠道内存留时间达48小时（X射线影像学证实），较对照组缩短6.2倍
- **靶向递送**：荧光标记显示FMGA-EXO在溃疡性结肠炎（UC）模型小鼠的病变区域浓度达峰值，而游离EXO的全身分布均匀性降低76%
- **免疫调节**：通过分泌IL-10（提升2.3倍）和抑制IL-6（降低58%），调节巨噬细胞极化（M2型占比从32%增至67%）

3. **临床前疗效对比**
- **EXO组**：结肠长度缩短15.2%，组织学评分9.8±1.2
- **GM-EXO组**：结肠长度缩短8.7%，组织学评分7.2±1.1（显著劣于EXO组）
- **FMGA-EXO组**：结肠长度缩短3.5%，组织学评分4.1±0.7（较EXO组改善58%）

### 独特优势分析
1. **结构适应性**
微凝胶尺寸（100±15 μm）与肠道绒毛高度（100-150 μm）匹配，通过仿生润湿性（接触角62°±3°）实现自适应贴合。这种结构特性使FMGA-EXO在肠道褶皱处的覆盖密度达到8.2片/mm2，是传统纳米粒的17倍。

2. **长效保护机制**
氢键网络在模拟肠液（pH 7.4，37℃）中表现出时间依赖性强度变化：初始24小时保持率92%，72小时仍达65%。通过FTIR光谱（1701 cm?1特征峰强度提升40%）和XPS分析（C-N键比例达78%）证实氢键的持续稳定。

3. **生物相容性验证**
- Caco-2细胞48小时共培养后存活率：FMGA-EXO组98.7% vs GM-EXO组91.2%
- 血清标志物检测（n=6/m组）：FMGA-EXO组CRP 15.3±2.1 mg/L（对照组28.7±4.1），ALT 24.5±3.2 U/L（对照组37.2±5.1）
- 肝肾功能评估：ALT、AST、肌酐等指标均未出现统计学差异（P>0.05）

### 应用前景与局限性
1. **治疗潜力**
在DSS诱导的UC模型中，FMGA-EXO使结肠长度恢复率达89%，较美沙拉嗪（对照组）提升42%。通过16S rRNA测序发现，治疗组的α多样性指数（Shannon）从2.1增至3.7，β多样性距离（PCoA）缩短31%。

2. **材料局限性**
- 适用生物类型：目前验证的EXO（30-200 nm）和TNFα抗体（150 kDa）的包封效率分别为68%和73%
- 耐久性限制：在连续给药3次后，材料降解率从第1次的12%增至第3次的28%
- 普适性挑战：对直径>500 nm的生物大分子包封效率显著下降（<40%）

3. **临床转化路径**
根据FDA 505(b)(2)路径规划，需完成以下关键步骤：
- 优化材料配方（当前TAN/PEI摩尔比1:3.66）
- 建立稳定生产工艺（当前批次间差异系数CD <8%）
- 开展I/II期临床试验（计划纳入120例活动性UC患者）

### 创新性总结
本研究首次实现以下技术突破：
1. **动态组装系统**：通过温度/盐度响应的氢键网络，实现从液态到固态的相变控制
2. **仿生粘附机制**：开发出具有记忆粘附特性的生物材料（剥离强度5.2 J/m2，持效时间72小时）
3. **多功能递送平台**：可同时递送大分子药物（EXO、抗体）和小分子药物（释放效率达92%）

该技术为口服生物制剂提供了新的解决方案，特别适用于需要长期肠道驻留的蛋白质类药物（如TNFα抗体）和细胞外囊泡（EXO）。未来研究可拓展至基因治疗载体（如mRNA-LNP）和肠道菌群调节剂（如短链脂肪酸）的口服递送系统开发。