【負載與控釋】應用中光固化水凝膠如何選擇？

來源：EngineeringForLife

水凝膠為探索和理解細胞生態(tài)微環(huán)境提供了一個良好的體內外活性因子負載模型。光固化水凝膠由于其使用簡單，具有三維空間結構和良好的生物相容性，被廣泛開發(fā)為外泌體、生長因子、局部給藥的遞送載體。而面對眾多的生物材料，如透明質酸(HA)、明膠(Gel)等，如何選擇適合負載與控釋的光固化水凝膠？此外，藥物，生長因子，外泌體的負載方式之間又有著怎樣的差異？本期，EFL為大家介紹不同活性因子（藥物、生長因子、外泌體）負載與控釋的通用策略，讓非相關專業(yè)研究人員能更有目標性地去選擇合適的凝膠基材。

圖1 藥物負載及控釋型水凝膠作用于機體修復的示意圖[1]（圖片修改自DOI:10.1021/acs.nanolett.0c05039）

1. 藥物負載與控釋
藥物負載方式包含物理包埋/混合、靜電吸附、共價錨定等；控釋方式包含被動擴散（一般借助水凝膠內外的滲透壓差）、主動釋放（如凝膠網絡的瓦解等）[2]。

因此。相關負載與控釋領域的水凝膠設計常涉及不同類型的外界刺激（如光、pH、活性酶等），以凸顯藥物遞送型水凝膠構建的創(chuàng)新性，即在外界刺激下，實現原位藥物遞送。在相關研究中，光固化水凝膠一般扮演通用水凝膠骨架的角色，并在此骨架中引入刺激響應性的鏈段設計，或引入偶聯藥物/活性因子的中間橋梁（如EFL新品-EFL-AC-PEG-NHS-2K），進而錨定藥物。其本質是利用凝膠骨架上可共價反應的活性官能團（如-C=C-、-COOH、-NH2等）或通過靜電作用、疏水締合非共價鍵作用等，來實現藥物的有效負載。


2. 生長因子負載與控釋
生長因子一般是指對機體生長、發(fā)育廣泛調節(jié)作用的活性蛋白質或多肽類物質。同上，若課題設計中涉及單一生長因子的控釋而或生長因子協同治療對組織的修復等方向，藥物負載與控釋的方式同樣適用于生長因子，即通過物理共混、化學鍵合、靜電作用（可根據蛋白的等電點來設計，利用靜電作用）等方式負載于光固化凝膠載體中。


3. 外泌體負載與控釋
外泌體（Exosomes）是指包含了復雜RNA和蛋白質的小膜泡 （30-150nm）[5]。易于交聯成型的光固化水凝膠的內部三維網絡結構為負載外泌體提供了充分的空間，同時可在生理條件下逐步降解以實現緩釋外泌體的效果。外泌體的負載與控釋一般選擇簡單的物理共混，以最大程度減少外泌體的功能活性損失。

具體可參考下表中EFL系列光固化水凝膠可實現的藥物/生長因子/外泌體負載方式

下面，列舉一些在負載與控釋領域的應用實例。

1. ACS Applied Materials & Interfaces：F127DA水凝膠用于創(chuàng)面愈合的可控藥物釋放
研究材料：丙烯�；疨luronic F127，甲基丙烯酸磺基甜菜堿
目標藥物：利福平、紅霉素、吲哚美辛，均為疏水藥物
負載方式：膠束化的F127DA分子以疏水締合的方式負載疏水性藥物
研究結果：水凝膠受到機械力作用時，生物活性藥物與膠束芯體之間的結合被破壞，從而產生響應的藥物釋放行為。這種機械反應性強、抗菌性能好、生物相容性好的水凝膠在復雜動態(tài)環(huán)境下的傷口治療中具有廣闊的應用前景[3]。

原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.0c13009

2. Advanced healthcare materials：糖蛋白抗體修飾的多孔GelMA水凝膠顆粒用于捕獲和釋放耐藥T細胞
研究材料：甲基丙烯�；�明膠(GelMA)多孔凝膠顆粒
目標因子：P-糖蛋白
負載方式：通過EDC/NHS偶聯方式將P-gp抗體探針修飾于凝膠顆粒表面
研究結果：有序多孔納米結構為高效靶細胞捕獲提供一個納米模式平臺，有望成為高效捕獲和檢測耐藥腫瘤細胞的理想材料[4]。

原文鏈接： https://doi.org/10.1002/adhm.201900136

3. Nanomedicine：GelMA水凝膠負載外泌體用于脊髓損傷的微創(chuàng)治療
研究材料：GelMA
目標因子：骨髓間充質干細胞衍生的外泌體(Exos)
負載方式： 物理混合
研究結果：GelMA水凝膠增強了Exos的滯留，促進了神經元的分化和延伸，且可促進神經新生，并減輕受損病灶的膠質瘢痕[5]。

原文鏈接：

https://doi.org/10.2217/nnm-2021-0025