光控可逆解离二聚体绿色荧光蛋白pdDronpa交联的PEG水凝胶在药物递送中的应用研究

本研究针对药物递送系统中水凝胶载体对药物分子封装与控释的需求，开发了一种基于光响应蛋白pdDronpa交联的4-臂聚乙二醇（4-armed PEG-Mal）水凝胶。通过400/500 nm光照调控pdDronpa单体-二聚体转换，实现了水凝胶机械性能的动态调节及荧光标记胰岛素的光控释放，为时空特异性药物递送提供了新策略。

　　

研究背景
传统药物递送系统面临时空控制精度不足的挑战，尤其在需要按需触发释放的慢性病治疗中。水凝胶因其三维网络结构和生物相容性成为理想载体，但现有化学交联方式难以实现快速可逆的物性调控。绿色荧光蛋白（GFP）家族的光响应特性为这一难题提供了新思路——其中pdDronpa蛋白能在400/500 nm光照下可逆切换单体-二聚体状态，是潜在的动态交联剂。

研究方法
中国科学院团队通过马来酰亚胺修饰的四臂聚乙二醇（4-armed PEG-Mal）与pdDronpa蛋白交联构建光响应水凝胶。采用流变学测试表征不同光照条件下的储能模量变化，荧光光谱监测胰岛素释放动力学，结合共聚焦显微镜观察凝胶微观结构重组。

研究结果

1. 光控机械性能：500 nm光照诱导pdDronpa解离为单体时，储能模量（G'）下降60%；400 nm光照重建二聚体后G'恢复至初始值，切换响应时间<30秒。
2. 药物释放调控：在500 nm持续照射下，荧光标记胰岛素的72小时累积释放量达85%，较黑暗条件提高3.2倍。
3. 可逆循环特性：经过5次光照循环后，水凝胶仍保持90%以上的机械强度回复率。

结论与意义
该研究首创将光遗传学工具pdDronpa应用于水凝胶交联，实现了：（1）非侵入式精准调控药物释放动力学；（2）毫秒级响应的动态机械性能调节；（3）良好的生物相容性与循环稳定性。发表于《Bioconjugate Chemistry》的这项工作为糖尿病等需周期性给药的疾病提供了新型智能递送平台，其设计原理可扩展至其他光敏蛋白-合成高分子复合系统。