3D 打印水凝胶肽释放新突破：TCEP 的关键作用

在 3D 打印用于药物递送时，面临药物提前释放、释放速率难控等问题。研究人员围绕 3D 打印水凝胶肽释放展开研究，发现 TCEP 处理能促进肽吸收与释放，该成果为优化 3D 打印水凝胶药物递送系统提供理论依据。

　　近年来，3D 打印技术发展迅猛，在生物医学领域展现出巨大潜力。在生物打印中，它能够制造各类组织模型，如皮肤、软骨、骨组织、血管和器官等，还能精准打印可植入设备，像胶原蛋白支架，极大地拓展了在医疗和生物医学领域的应用范围。然而，3D 打印在药物递送系统的发展上却困难重重。虽然它能定制患者专属的植入物并实现靶向给药，但实际应用时却状况频发。比如，药物在使用前可能因不受控的扩散而提前释放，或者释放速率难以调控，导致药物递送系统的有效性大打折扣。而且，外部环境条件也会严重影响药物释放速率，使得稳定、可控的药物递送成为难题。

为了解决这些问题，来自未知研究机构的研究人员开展了关于 3D 打印水凝胶肽释放的研究。他们重点探究了三 (2 - 羧乙基) 膦（TCEP，一种二硫键还原剂）处理对 3D 打印水凝胶吸收和释放肽特性的影响。研究发现，TCEP 处理的水凝胶对降钙素的吸收和释放近乎完全，而经三 (羟丙基) 膦（THP）处理的水凝胶效率则很低。这一差异源于 TCEP 的阴离子特性更强，能与水凝胶框架形成静电相互作用，增加水凝胶的溶胀行为和亲水性，进而通过静电作用以及共价二硫键增强肽的相互作用、吸收和释放。该研究成果发表在《European Polymer Journal》，为 3D 打印水凝胶在药物递送方面的应用提供了重要的理论支持和实践指导，有助于优化药物递送系统，提高药物治疗效果。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先是 3D 打印技术，通过特定的光固化树脂配方，使用 Cellink Lumen X + DLP 3D 打印机打印水凝胶。其次，利用紫外 - 可见光谱（UV - Vis）测量溶液中肽的浓度变化，以研究肽的吸收和释放过程。另外，反向高效液相色谱（RP - HPLC）用于分析释放的肽样品，红外光谱（FT - IR）则用于表征水凝胶的结构变化。

研究结果

1. 水凝胶的 3D 打印效果：所有 3D 打印的水凝胶都具有设计良好的几何形状，扫描电镜（SEM）观察显示其表面光滑，微观结构均匀，孔径小，分辨率达 50μm。
2. TCEP 对降钙素吸收和释放的影响：通过 UV - Vis 监测降钙素在 275nm 处的吸收，发现经 TCEP 预处理 3 小时的水凝胶比经去离子水预处理的水凝胶对降钙素的吸收更高。在释放阶段，用 TCEP 处理的样品几乎完全释放降钙素。而且，即使不含二硫键的水凝胶，经 TCEP 处理后降钙素的吸收和释放也会增强，这表明硫醇 - 二硫键交换反应并非降钙素吸收的唯一途径。
3. 离子强度和静电相互作用的影响：使用 pH7 的磷酸盐缓冲溶液进行实验，发现离子强度对降钙素的释放有显著影响。进一步研究表明，TCEP 上的羧酸盐基团能与水凝胶产生静电 / 离子相互作用，促进肽的吸收和释放。相比之下，THP 处理的水凝胶吸收和释放降钙素的效率较低，且不受离子种类的影响，这突出了 TCEP 中离子相互作用的重要性。
4. 不同阴离子对降钙素释放的影响：研究不同钠盐对降钙素释放的影响时发现，释放量遵循 Hofmeister 系列：SO₄^{2 -}>Cl^->NO^3–>SCN^- ，但 PO₄^{3 -}例外，可能是因为它与降钙素形成了不溶性复合物。
5. RP - HPLC 分析结果：RP - HPLC 色谱图显示，TCEP 处理的降钙素样品洗脱时间提前，表明 TCEP 有效还原了降钙素中的二硫键，改变了其分子构象和与色谱柱的相互作用；而在 pH = 7 缓冲溶液中释放的样品保留时间与原始降钙素相近，说明该缓冲溶液不影响二硫键。
6. 释放曲线的动力学拟合：对降钙素的释放曲线进行半经验双相拟合，以分离初始阶段的突释和后期释放，相关拟合参数总结在相关表格中。

研究结论与讨论

研究人员通过一系列实验，深入探究了 TCEP 处理对 3D 打印聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）水凝胶肽吸收和释放性能的影响。研究表明，TCEP 处理能显著促进降钙素的吸收和近乎完全的释放，这主要归因于 TCEP 与水凝胶之间的静电相互作用。这种相互作用受离子强度、离子种类以及 TCEP 上羧酸盐基团的影响。该研究结果为理解 3D 打印水凝胶中肽的释放机制提供了新的视角，对优化基于 3D 打印水凝胶的药物递送系统具有重要意义。它有助于开发更高效、更可控的药物递送载体，为未来的临床治疗和药物研发提供有力的技术支持和理论依据，有望推动生物医学领域的进一步发展。