南京大学鼓楼医院赵远锦教授课题组：受爬山虎启发的药物微载体新进展

在过去的几年中，颗粒状药物载体在安全和高效的药物输送方面取得了巨大的进步。其中，微米级载体由于其独特的优势（包括易于生产和表征）被公视为最佳的可控药物输送载体之一。与纳米尺度的载体相比，微米级的载体具有较高的负载能力和较低的毒性。因此，研究者们致力于设计开发各种各样的药物微载体来满足需求。在微载体的设计中，载体的几何特征的设计十分重要。这是因为几何特征决定了载体生理环境中的粘附和运动特性。然而，现有的药物载体大多数微粒呈球形。球形的形貌易使载体与目标物的接触面积过小，降低了载体与目标物的接触率和粘附率，影响了给药时间，从而降低了整体药物的输送效率。尽管研究者已经开发了杆状、盘状的非球形载体来解决上述问题，这些载体在食道和胃肠道的动态流体环境中的粘附能力仍然不能令人满意。因此，具有更精细的多尺度结构设计的强粘附药物微载体有待开发。

爬山虎是一种爬壁植物，即使在恶劣的天气条件下，也可以通过将卷须中的粘性爪子牢固地粘附在基材上，从而垂直生长到非同寻常的高度。这种长期的壁附着能力不仅归因于盘形，而且很大程度上归因于存在微观纹理和粘合剂化合物的分泌。这启发研究者通过仿爬山虎的爪子来制备粘附性药物载体。然而，爬山虎爪子的结构复杂，仿其形貌的颗粒的制备方法仍然难以捉摸。相反，胶体粒子的组装是一种有前途的方法，因为每个粒子都充当一个单独的微尺度结构单元，而组装的最终形状各向异性可以通过调整参数来很好地控制。然而，这种策略在复杂药物载体的设计中很少见。

在本文中，受爬山虎爪子的启发，他们基于胶体组装法提出了一种具有突出粘附能力的新型微粒作为载药载体，如图1所示。该载体具有与爬山虎爪子相似的结构特征。由于其独特的形状，纳米结构以及粘性水凝胶成分的集成，该新型微粒对湿组织环境表现出突出的粘合性能，在药物输送，生物成像和生物诊断等方面具有极大潜能。

图1  仿爬山虎爪子药物微载体给药示意图

本研究中，通过微流控液滴的快速溶剂萃取过程中的胶体组装制备出仿爬山虎爪子的胶体微粒，如图2所示。在快速溶剂萃取的过程中，由于萃取界面的移动速度大于粒子组装的速度，球形的液滴逐渐形变。此外，该颗粒的大小形貌都可以通过调控微流控体系参数来控制。

图2  仿爬山虎爪子的胶体颗粒的制备和表征

随后，使用功能性水凝胶复制上述制备的胶体微粒，制备得到了具有爬山虎爪子结构的水凝胶药物微载体，制备过程如图3所示。为进一步巩固粘附能力，将粘性分子或带电分子添加到水凝胶基质中。从微结构的表征结果可知，该水凝胶载体具有多孔结构，这有助于其粘附。此外，可以将磁性纳米颗粒或其他成分掺入水凝胶中以获得多种功能载体，例如磁性响应的载体。

随后，通过结肠上皮表面的体外和体内亲和力测试对该颗粒在复杂消化道环境的粘附性进行验证。结果表明，得益于该颗粒独特的形态、纳米结构和粘性水凝胶成分，这种微载体具有良好的粘附能力（图4）。

最后，利用该微载体负载地塞米松，对结肠炎模型小鼠进行治疗。结果表明，与球形颗粒相比，仿爬山虎爪子的微载体可以更牢固地锚定在发炎病变的区域，延长药物释放时间。较大的接触面积和纳米结构与分子之间可以更好地相互作用，仿爬山虎爪子的微载体有助于体内治疗溃疡性结肠炎的治疗效果增强。本研究提出的生物启发的微载体在临床应用中具有巨大潜力，包括在药物递送和相关的治疗。

图5  仿爬山虎爪子的微载体对肠炎模型小鼠的治疗结果

原文链接：

https://spj.sciencemag.org/journals/research/2021/9895674/

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