加拿大阿尔伯塔大学曾宏波教授课题组在制备pH超敏感自修复水凝胶药物载体方面取得进展

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可注射、自修复以及具有刺激响应性的水凝胶是理想的智能药物缓释载体，因为人体各器官组织天然具有不同的pH值，所以制备具有pH敏感性的水凝胶一直以来都是研究的热点。近年来，具有弱酸性pH响应能力的水凝胶因其在治疗肿瘤、伤口、感染等局部弱酸性部位的潜在应用价值而受到了广泛的关注，然而，现有的pH敏感水凝胶依然面临一些挑战。首先，要最大化给药效率并且避免药物对周边正常组织的副作用，这就需要载药水凝胶在弱酸性pH环境下通过降解和溶胀等方式有效释放药物，并且在中性的生理pH下保持良好的稳定性以避免或减少药物释放。此外，由于弱酸性部位比如肿瘤内部也存在着一定的pH差异，为了精细调控相应部位的药物释放从而最优化治疗效果，则需要制备具有pH超敏感性的水凝胶。

最近，加拿大阿尔伯塔大学Hongbo Zeng（曾宏波）教授课题组报道了一种可注射、自修复以及具有pH超敏感性的水凝胶药物载体。首先，通过制备醛基功能化单体 （FBEMA）并将其与磷脂胆碱单体 （MPC）进行自由基聚合得到醛基功能化的聚磷脂胆碱，再将其与用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）表面氨基修饰过的纳米硅球 （ASNP）进行混合，二者形成动态化学键席夫碱 （Schiff base），从而在短时间内（<10 s）构筑交联网络成胶（图1）。



图1. P(MPC-co-FBEMA)/ASNP 水凝胶合成示意图。

由于席夫碱的可逆性和动态性，该水凝胶展现出良好的剪切变稀性能，从而可以从较细针头中轻松挤出，并且其具有快速且可重复的自修复性能（图2）。



图2. P(MPC-co-FBEMA)/ASNP 水凝胶的可注射和自修复性能。

由于席夫碱在酸性条件下会发生水解，从而使得该水凝胶具有快速且可逆的pH响应性。该水凝胶在中性环境下展现出优异的稳定性，但是随着环境pH向弱酸性转变，其会出现凝胶向溶液的转变。并且，在弱酸性环境下（pH 6.0-7.4），微弱的pH变化（0.2）可以导致该水凝胶的机械、溶解和药物释放性能发生显著的变化（图3）。该工作对设计具有超敏感pH响应性的智能水凝胶药物缓释载体提供了新思路。



图3. P(MPC-co-FBEMA)/ASNP 水凝胶的pH敏感性能。

这一成果近期以“Injectable and Self-Healing Nanocomposite Hydrogels with Ultrasensitive pH-Responsiveness and Tunable Mechanical Properties: Implications for Controlled Drug Delivery” 为题发表在 Biomacromolecules 上， 文章的第一作者是阿尔伯塔大学化学工程与材料工程系博士生武盟，通讯作者为曾宏波教授。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.biomac.0c00347?casa_token=CFExWtehRVIAAAAA:lTk1l7VYGOvmBcEeGoQuAp5N8CZnmUmrVoS0hETe4eFd3T2Ma1m0JSSyUxtDxHlTd7DBD09C8dMk8pOv

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