化学工程师设计新的自我愈合水凝块用于药物递送

这些扫描电子显微镜图像以不同的放大率拍摄，显示了由与长聚合物链相互作用的纳米颗粒制成的新水凝胶的结构。

来自麻省理工学院的化学工程设计了一种新型的自我愈合水凝胶，包括由两个组件制成的网状网络：由聚合物制成的纳米颗粒，其在另一种聚合物的股线中缠绕，例如纤维素。

科学家们有兴趣使用凝胶来提供药物，因为它们可以模塑成具体形状并旨在在指定的时间段内释放其有效载荷。但是，当前版本并不总是实用的，因为必须在手术上植入。

为了帮助克服这种障碍，麻省理工学院化学工程师设计了一种新型的自我愈合水凝胶，可以通过注射器注射。研究人员表示，这种可以一次携带一种或两种药物的凝胶可用于治疗癌症，黄斑变性或心脏病。

新凝胶包括由两个组件制成的网状网络：由聚合物制成的纳米颗粒，其在另一种聚合物的股线中缠绕，例如纤维素。

“现在你有一个可以改变形状的凝胶，当你对它施加压力，然后，重要的是，当你放松那么力量时，它可以重新治愈。这使您可以通过注射器或针挤压它，并在没有手术的情况下将其进入身体，“MIT of insted癌症研究所的Postdoc博士说，Mark Tibbitt说，这是一个描述凝胶本质上的纸张的牵引作者之一2019年2月19日的沟通。

Koch Institute Postdoc Eric Appel也是该文件的主要作者，纸张的高级作者是罗伯特Langer，David H. Koch学院的麻省理工学院教授。其他作者是Postdoc Matthew Webber，本科Bradley Mattix和Postdoc Omid Veiseh。

治愈自己

通过在聚合物之间形成不可逆的化学键，科学家们已经构建了用于生物医学用途的水凝胶。这些凝胶用于使软隐形眼镜在其他应用中具有坚韧和坚固的，但一旦形成它们的形状就不易改变。

麻省理工学院队旨在创造一种凝胶，可以生存强大的机械力量，称为剪切力，然后改革本身。其他研究人员通过自组装成水凝胶的工程蛋白质创造了这种凝胶，但这种方法需要复杂的生化过程。麻省理工学院团队想设计一些更简单的东西。

“我们正在使用真正简单的材料，”Tibbitt说。“他们不需要任何先进的化学功能化。”

MIT方法依赖于两种易用组件的组合。一种是由PEG-PLA共聚物形成的纳米颗粒，首先在Langer的实验室开发了几十年前，现在通常用于包装和提供药物。为了形成水凝胶，研究人员将这些颗粒与聚合物混合 - 在这种情况下，纤维素。

每种聚合物链形成有许多纳米颗粒的弱键，产生松散编织的聚合物和纳米颗粒。因为每个连接点相当弱，所以键在机械应力下分裂，例如当注射器注射时。当剪切力结束时，聚合物和纳米颗粒用不同的合作伙伴形成新的附件，愈合凝胶。

使用两个组件形成凝胶也使研究人员有机会同时交付两种不同的药物。PEG-PLA纳米颗粒具有内核，其非常适合携带疏水性小分子药物，其包括许多化疗药物。同时，存在于水溶液中的聚合物可以携带亲水性分子，例如蛋白质，包括抗体和生长因子。

长期药物交付

在这项研究中，研究人员表明，凝胶在小鼠的皮肤下注射才能存活，并成功地释放了两种药物，一种疏水性和一种亲水性，在几天内。

这种类型的凝胶提供了在注射药物递送纳米颗粒的液体溶液的重要优势：虽然溶液将立即分散在整个体内，但凝胶在注射后保持就位，允许药物靶向特定组织。此外，可以调节每个凝胶组分的性质，因此它们携带的药物以不同的速率释放，使它们允许它们针对不同的用途定制。

研究人员现在正在研究使用凝胶来提供抗血管生成药物以治疗黄斑变性。目前，患者接受这些药物，减少了干扰视线的血管生长，每月注射一次眼睛。麻省理工学院团队设想新凝胶可以被编程为在几个月内递送这些药物，降低注射频率。

凝胶的另一个潜在申请正在递送药物，例如生长因子，这可能有助于在心脏病发作后修复受损的心脏组织。研究人员还追求使用这种凝胶来递送癌症药物以杀死手术后留下的肿瘤细胞。在这种情况下，凝胶将用诱使癌细胞朝向凝胶的化学品，以及将杀死它们的化疗药物。这有助于消除手术后经常形成新肿瘤的残留癌细胞。

“去除肿瘤留下了你可以填充我们的材料的腔体，这将在长期招募和杀死这些细胞中提供一些治疗益处，”Appel说。“我们可以定制材料，为我们提供药物释放曲线，使其成为实际招募细胞的最有效。”

该研究得到了惠康信托，Misrock基金会，国防部和国家卫生研究院资助。

出版物：Eric A. Appel等人，“利用聚合物纳米粒子相互作用的自组装水凝胶”自然通信6，物品编号：6295; DOI：10.1038 / ncomms7295

图像：由研究人员礼貌