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微流控技术制备核壳结构微胶囊用于药物输送

微胶囊在药物释放体系中已被证实具有重要的应用价值,目前关于该领域的研究主要集中于开发新型微胶囊来提高药物释放的效率。与通过长期频繁的口腔摄入或注射等传统的药物递送方式相比,利用微胶囊进行药物递送可以对药物及其在体内的使用期进行控制。另外,微胶囊递送方式可将药物传送到指定位置,避免生物学或新陈代谢等问题,这可以获得更高的药物递送效率。然而,现在的微胶囊通常存在尺寸不均一、结构不稳定以及药物突释的问题,且其简单的结构导致多种药物的协同递送仍很困难。

近来,东南大学赵远锦教授及其团队提出了一种可协同递送和缓慢释放药物的微胶囊,其由明胶-甲基丙烯酸接枝共聚物(GelMa)内核和聚乳酸羟基乙酸共聚物(PLGA)外壳组成。在微球的制备过程中,使用液滴微流控技术,溶有阿霉素(DOX)GelMa水溶液作为内层,溶有喜树碱(CPT)PLGA油溶液作为中间层,聚乙烯醇(PVA)水溶液作为外层,流体接触时乳化成均匀的双乳液模板,通过紫外固化模板内核,通过溶剂挥发固化模板壳层(1)。该过程避免了乳液的破损及包裹液的流出,因此可显著提高药物的包裹效率。

使用液滴微流控技术制备核壳结构微胶囊用于药物输送

Figure 1 (a) Schematic diagram of a capillary microfluidic system for generating the W/O/W double emulsion templates with polymerized cores; (b) schematic diagram of the fabrication process of the drug loaded GelMa-PLGA core-shell microparticles.

当三种液体流过相应的管道时,GelMa水溶液在内相管道末端形成液滴,然后被封装在中间层管道末端形成的PLGA液滴中(2a-c)。通过调节微流控装置的孔口大小和各层流体流速,可以得到不同尺寸和结构的微胶囊。通过该方法得到的微胶囊具有相当稳定的结构(图 2d-f),而且微胶囊的核、壳均具有相对均一的尺寸(2g-i)

使用微流控装置得到不同尺寸和结构的微胶囊

Figure 2 (a–c) Real-time microscopic images of the microfluidic generation process of the W/O/W double emulsion templates encapsulated with tunable number of cores. The scale bar is 100 μm; (d–f) optical microscope image of the monodisperse core-shell double emulsions with one, two and three cores, respectively. The scale bar is 200 μm; (g–i) the size distributions of the inner radiuses and outer radiuses of the double emulsions with one, two and three cores, respectively.

由于PLGA壳和GelMa核均是体内、体外生物相容性和生物可降解性良好的材料,微胶囊会被降解而其封装的药物可释放于不同位置。因此核壳结构的微胶囊可用于药物递送,DOX将首先从GelMa核中释放,然后穿过PLGA壳扩散至外面。同时,CPT也随着PLGA外壳的降解逐步释放(3)

Figure 3 In vitro accumulative CPT and DOX release from GelMa-PLGA core-shell microparticles. (a,c)Drugs release from thin shell (22 μm) microparticles; (b, d) drugs release from thick shell (60 μm) microparticles.(c,d) The first 12 h processes of (a,b), respectively. Error bars represent standard deviations.

Figure 3 In vitro accumulative CPT and DOX release from GelMa-PLGA core-shell microparticles. (a,c)Drugs release from thin shell (22 μm) microparticles; (b, d) drugs release from thick shell (60 μm) microparticles.(c,d) The first 12 h processes of (a,b), respectively. Error bars represent standard deviations.

为证明协同药物递送在肿瘤治疗中的优势,研究人员测试了核壳载药微胶囊对HCT116和HepG2细胞的影响。DOXCPT双药物在同种载体上协同递送相对于单药物释放有更好的治疗效果(4)

Figure 4 Optical and fluorescence microscopy images of HCT116 cells treated with unloaded microparticles (a, d), only CPT-loaded microparticles (b, e), and DOX-CPT-co-loaded microparticles (c, f) for 24 h, respectively. The scale bar is 50 μm.

Figure 4 Optical and fluorescence microscopy images of HCT116 cells treated with unloaded microparticles (a, d), only CPT-loaded microparticles (b, e), and DOX-CPT-co-loaded microparticles (c, f) for 24 h, respectively. The scale bar is 50 μm.

该研究团队制备的微胶囊内核和外壳均为固化状态,其包裹的活性药物只能随着载体材料的降解而缓慢释放出来,这就避免了其他种类药物载体所面临的药物突释现象。本研究所开发的微胶囊的这些优良特性使其成为药物递送系统中的理想选择。

本研究由东南大学赵远锦教授团队完成,于2017年1月22日在线发表于Science China Materials。

论文信息:

Yanna Li, Dan Yan, Fanfan Fu, Yuxiao Liu, Bin Zhang, Jie Wang, Luoran Shang, Zhongze Gu and Yuanjin Zhao*. Composite 



标签:   药物输送 微流控技术