可降解的UV-C交联海藻酸盐水凝胶：用于从嵌入的PLGA颗粒中持续释放疏水性药物

《Polymer》：Degradable UV-Crosslinked Alginate Hydrogels for Sustained Delivery of Hydrophobic Drugs from Embedded PLGA Particles

　　

布鲁娜·坎布赖亚·加姆斯（Bruna Cambraia Garms）|卡塔日娜·凯帕（Katarzyna Kepa）|安德鲁·惠特克（Andrew Whittaker）|莉丝贝丝·格伦达尔（Lisbeth Gr?ndahl）

昆士兰大学化学与分子生物科学学院，澳大利亚布里斯班，QLD 4072

摘要

开发有效的载体以递送疏水性药物对于提高治疗效果至关重要，尤其是在癌症治疗中。本研究探讨了使用经过紫外线交联的氧化海藻酸水凝胶与聚乳酸-羟基乙酸酯（PLGA）颗粒结合的方法来实现药物的持续释放，其中罗丹明B（RhB）被用作小分子的模型来研究其封装和释放行为。通过乳液溶剂蒸发技术制备的PLGA颗粒在七天内保持了形态稳定性，表现出适度的膨胀和模量降低，这与聚合物的早期水合过程一致。释放研究表明，药物释放呈现双相模式：初始阶段快速释放后进入持续释放阶段。海藻酸的氧化和甲基丙烯酸化处理使得水凝胶的降解过程可调控，优化后的聚合物网络在保持结构完整性的同时实现了逐渐的质量损失。含有PLGA颗粒的复合水凝胶促进了RhB的缓慢而持续的释放，共聚焦显微镜观察证实了RhB存在于水凝胶基质中。该研究展示了如何通过聚合物改性、颗粒特性以及网络降解来调节可降解水凝胶-颗粒复合材料的释放行为。

章节摘录

引言

开发用于递送疏水性药物的载体仍然是一个活跃的研究领域，尤其是在癌症治疗方面。这些载体可以有多种形式，如颗粒、块状材料或水凝胶。在手术切除部位应用时，理想的载体必须具有高度的生物相容性、无免疫原性、无免疫抑制作用、无菌，并能够将药物递送到残留或浸润的癌细胞中。

材料

从Macrocystis Pyrifera中提取的海藻酸钠（ALG）（低粘度，25°C时2%浓度为100-300 cP，批号076k0143）购自Sigma Aldrich。通过使用Agilent Technologies Aqueous GPC 1260 Infinity系统及多检测器系统（折射率、紫外光、粘度和光散射检测器）进行的水相尺寸排阻色谱（SEC）分析，测得海藻酸的分子量M_w为300 kDa，分子量分布M_n为307 kDa，分子量分布宽度?_M为1.45。通过¹H NMR测定，甘露糖醛酸与葡萄糖醛酸的比例（M/G）约为1.9。

PLGA颗粒的特性与降解

由于罗丹明B（RhB）在结构上与疏水性及碱性抗癌药物多柔比星（Doxorubicin）和尼莫司汀（Nimustine）相似，因此在本研究中被用作药物模型。所有评估的颗粒，包括降解研究，均负载了RhB。颗粒制备参数对粒径分布有显著影响：使用超声探头制备的颗粒具有较窄的粒径分布（PDI），而通过均质机乳化法制备的颗粒则表现出较宽的粒径范围。

结论

本研究证明了基于紫外线交联、双重改性的海藻酸（ALG-OMA）水凝胶与PLGA颗粒复合载体的可行性。通过先进行甲基丙烯酸化处理再氧化的合成策略，实现了凝胶形成的稳定性以及通过调控聚合物改性和交联密度来调节降解行为。PLGA颗粒的加入使得疏水性模型化合物得以封装，并实现了药物的持续释放。

CRediT作者贡献声明

莉丝贝丝·格伦达尔（Lisbeth Gr?ndahl）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，监督，资源协调，项目管理，方法学设计，数据分析。布鲁娜·坎布赖亚·加姆斯（Bruna Cambraia Garms）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，数据可视化，实验设计，数据分析。卡塔日娜·凯帕（Katarzyna Kepa）：撰写 – 审稿与编辑，数据可视化，实验设计，数据分析。安德鲁·惠特克（Andrew Whittaker）：撰写 – 审稿与编辑，监督，方法学设计，资金支持。

作者声明没有利益冲突。

资金来源

本研究得到了昆士兰大学研究培训奖学金（B.C.G.）和澳大利亚研究委员会（CE140100036和DP210101496）的支持。

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

作者感谢傅长奎（Changkui Fu）博士在获取GPC数据方面提供的帮助。本研究部分在澳大利亚国家制造设施的昆士兰分部进行；该设施是根据国家协同研究基础设施战略建立的，旨在为澳大利亚的研究人员提供纳米和微制造服务。作者还感谢显微镜澳大利亚中心（Microscopy Australia）提供的设施及科学和技术支持。