蛋白质药物控释载体用可生物降解水凝胶的合成及其时控型释药特性研究

研究和开发新型可生物降解水凝胶药物控释/传递体系是实现蛋白质药物长效、时控型释放的关键之一。本项目针对蛋白质药物水凝胶释放体系中存在的突释效应和蛋白质容易失活两大难题，设计合成一种新型的透明质酸可生物降解水凝胶，利用芳香琥珀酰亚胺碳酸酯基团与蛋白质分子中胺基间的特定反应，在原位凝胶化的同时将部分被包埋的蛋白质无损害的锚定在透明质酸大分子链上，通过调控水凝胶内包埋的自由蛋白质和锚定蛋白质的比例、水凝胶的降解速率和锚定基团的降解速率，有效的降低突释效应，实现蛋白质的长效、时控型释放，并保持蛋白质的生物活性；研究水凝胶结构参数、锚定蛋白质和自由蛋白质的比例、凝胶降解动力学等因素对蛋白质释放动力学的影响，揭示其内在规律。本项目的实施有望获得一类具有实用意义的蛋白质药物控释载体用可生物降解水凝胶材料，并为药物控释载体用水凝胶材料的设计、合成与制备提供创新思路和实用技术。

本项目针对蛋白质药物释放体系中存在的突释效应和蛋白质容易失活两大难题，设计合成了几类新型的可生物降解水凝胶、纳米微凝胶和纳米胶囊用于蛋白质的可控释放。以芳香琥珀酰亚胺碳酸酯基团（Tyr-SC）改性的透明质酸HA-Tyr-SC为基体，利用芳香琥珀酰亚胺碳酸酯基团与蛋白质分子中胺基间的特定反应，在原位凝胶化的同时将部分被包埋的蛋白质无损害的锚定在透明质酸大分子链上。本体系可快速形成原位水凝胶，HA-Tyr-SC浓度为1.5~5.0%（wt%）时，可在50 min内完成凝胶化，凝胶化时间随HA-Tyr-SC浓度增加和Tyr-SC取代度增加而降低。可通过提高HA-Tyr-SC浓度和H2N-PEG-NH2交联剂的用量调解网孔尺寸的大小，从而实现对蛋白质药物扩散的控制。蛋白质的锚定能有效地缓解释放初期的突释效应，前20h累积释放量小于20%，而未锚定蛋白质的HA水凝胶前20h就超过70%。HA-Tyr-SC可实现对牛血清蛋白长达150h的控释，累积释放量可达90%以上。通过调节HA-Tyr-SC聚合物的浓度、交联剂的用量，从而控制水凝胶的交联密度和网络结构，调控包埋蛋白质释放动力学。以酪胺基团（Tyr）改性聚氨基酸为基体，通过辣根过氧化酶（HRP/H2O2）酶促交联反应制备了原位装载牛血清蛋白的可注射水凝胶。通过调节HRP、H2O2/Tyr和Tyr取代度，凝胶化可在20 s ~ 5min内完成。通过控制H2O2/Tyr和Tyr取代度可方便地调控水凝胶的储存模量、交联密度和网孔尺寸，从而调控包埋牛血清蛋白的释放动力。低交联密度大网孔尺寸的水凝胶可实现对包埋蛋白质长达120h的控释，累积释放量可达97%，而高交联密度小网孔尺寸的水凝胶仅可释放54%。SDS-PAGE电泳色谱和圆二色性光谱表明在锚定反应和酶促交联反应过程中，蛋白质的构象未发生改变。蛋白质活性测试表明超过85%的控释蛋白质仍保持活性。以酪胺改性的聚乙二醇-b-聚L-谷氨酸嵌段共聚物（PEG-b-P(LGA-Tyr)）为基体，通过HRP/H2O2酶促交联PEG-b-P(LGA-Tyr)嵌段共聚物中的酪胺基团制备了PEG-P(LGA-Tyr)纳米凝胶，可实现对BSApH敏感的控制释放，并有效地缓解BSA释放初期的突释效应，pH 7.4条件下前20小时累积释放量仅为30%，而pH6.8条件下前20小时累积释放量仅约20 %。