分享一篇近期發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.上的研究進(jìn)展，題為In Situ Forming, Enzyme-Responsive Peptoid-Peptide Hydrogels: An Advanced Long-Acting Injectable Drug Delivery System。這篇文章的通訊作者是英國(guó)貝爾法斯特女王大學(xué)的Garry Laverty。
近年來(lái)，多肽水凝膠系統(tǒng)在醫(yī)療保健領(lǐng)域中受到了廣泛關(guān)注，包括藥物遞送平臺(tái)、局部抗菌、組織工程以及傷口修復(fù)等。與合成高分子體系相比，多肽水凝膠可以表現(xiàn)出更好的生物相容性和生物可降解性，使其成為新型生物醫(yī)學(xué)材料的有力候選者。
隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，長(zhǎng)期藥物輸送系統(tǒng)因其在提高患者服藥依從性方面展現(xiàn)出的巨大潛力而備受關(guān)注。這類系統(tǒng)通過(guò)持續(xù)釋放藥物，減少了患者對(duì)口服治療方案的依賴。本文中，作者開發(fā)了一種新型類肽-肽藥物遞送系統(tǒng)，其能夠原位響應(yīng)內(nèi)源性磷酸酶進(jìn)行水凝膠化，隨后在生理?xiàng)l件下可以水解釋放出抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物齊多夫定（AZT）（圖1）。與合成多肽相比，類肽更容易合成、成本更低，作為藥物更有利于放大生產(chǎn)與臨床轉(zhuǎn)化。
圖1. 磷酸酶響應(yīng)性類肽-肽水凝膠藥物遞送系統(tǒng)示意圖 為開發(fā)可以響應(yīng)磷酸酶的超分子水凝膠，前期工作中作者設(shè)計(jì)了一種具有單個(gè)磷酸化L-酪氨酸位點(diǎn)的(NPhe)4(NLys)Y(p)-OH序列（圖2a），并且證明其可以通過(guò)側(cè)鏈之間的疏水相互作用和靜電相互作用自組裝形成納米片結(jié)構(gòu)，但是這還不足以驅(qū)動(dòng)超分子水凝膠的形成。為改善凝膠化傾向，作者在原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上引入多個(gè)甘氨酸殘基以提高肽鏈柔韌性并降低空間位阻，得到了(NPhe)4GGGGKY(p)-OH類肽-肽序列（圖2d）。 凝膠化實(shí)驗(yàn)表明，(NPhe)4GGGGKY(p)-OH的最小膠凝濃度為2% w/v。而在其序列基礎(chǔ)上，作者進(jìn)一步共價(jià)偶聯(lián)上AZT藥物分子，得到了(NPhe)4GGGGK(AZT)Y(p)-OH（圖3a-b）。流變實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)濃度為5% w/v時(shí)，兩種序列形成的水凝膠都具有較好的粘彈性，并且具有相似的凝膠化速度（圖3c-f）。圖3. 凝膠化實(shí)驗(yàn)及其流變表征 結(jié)合SEM、TEM與中子小角散射（SANS）技術(shù)，作者揭示了水凝膠中的三維糾纏纖維結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，兩種序列所形成的水凝膠結(jié)構(gòu)與通過(guò)柔性圓柱橢圓模型預(yù)測(cè)的纖維結(jié)構(gòu)非常吻合，且(NPhe)4GGGGKY(p)-OH和(NPhe)4GGGGK(AZT)Y(p)-OH的纖維半徑分別為1.825 nm和0.781 nm（圖4a-d）。這種結(jié)構(gòu)特征對(duì)于理解水凝膠如何在體內(nèi)形成并控制藥物釋放具有重要意義。 通過(guò)體外與蛋白酶K孵育，作者發(fā)現(xiàn)序列中包含非天然肽單體和D-氨基酸的水凝膠表現(xiàn)出更好的生物穩(wěn)定性（圖4e）。此外，通過(guò)模擬生理?xiàng)l件下的水解作用，作者證明相比于物理混合，共價(jià)偶聯(lián)顯著抑制了AZT藥物的爆發(fā)性釋放過(guò)程，為長(zhǎng)期給藥系統(tǒng)提供了重要保障（圖4f）。圖4. 類肽-肽水凝膠微觀結(jié)構(gòu)和生物穩(wěn)定性 通過(guò)MTS、LDH以活/死細(xì)胞染色測(cè)定實(shí)驗(yàn)，作者評(píng)估了水凝膠的細(xì)胞毒性。如圖5所示，即使在較高濃度下，水凝膠也表現(xiàn)出良好的生物相容性。 最后，以SD大鼠為模型，通過(guò)皮下給藥實(shí)驗(yàn)，作者證實(shí)了該水凝膠系統(tǒng)能夠維持血漿中AZT藥物濃度在90%最大抑制濃度（IC90）范圍內(nèi)長(zhǎng)達(dá)35天，同時(shí)減少了藥物的初始突發(fā)釋放。 總的來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究通過(guò)改善已有序列結(jié)構(gòu)，開發(fā)了一種新型長(zhǎng)期藥物遞送平臺(tái)。這種類肽-肽水凝膠系統(tǒng)不僅具有良好的生物穩(wěn)定性和藥物控制釋放能力，而且通過(guò)精確的分子設(shè)計(jì)，有望為未來(lái)個(gè)性化醫(yī)療和藥物開發(fā)提供了新的可能性。DOI: 10.1021/jacs.4c03751Link: https://doi.org/10.1021/jacs.4c03751
