2015年-2023年間，U.S.FDA共批準(zhǔn)了89種生物制劑，就給藥方式來看，靜脈注射占45%，皮下注射占36%?？梢钥闯?，注射給藥依然是目前應(yīng)用最為廣泛和最為可靠的給藥方式之一。因反應(yīng)條件溫和、副產(chǎn)物無毒等優(yōu)勢，席夫堿反應(yīng)常用于構(gòu)建可注射水凝膠。其中，醛基功能化多糖的制備是關(guān)鍵步驟。目前，高碘酸鹽氧化法是目前醛基功能化多糖的通用方法，但該方法會破壞多糖的骨架結(jié)構(gòu)，降低分子鏈剛性，致使所得水凝膠的力學(xué)強度降低。
在此背景下，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院李德強副教授在International Journal of Biological Macromolecules發(fā)表了題為“Aldehyde group pendant-grafted pectin-based injectable hydrogel”的研究論文。作者利用環(huán)丙烷甲醛在堿性條件下不穩(wěn)定的特點，制備了接枝改性的果膠醛，進(jìn)而通過席夫堿反應(yīng)獲得了一系列DL-賴氨酸交聯(lián)的果膠基可注射水凝膠。所得水凝膠材料具有良好的力學(xué)性能，并表現(xiàn)出良好的自修復(fù)性能和細(xì)胞相容性。該工作中建立的醛基功能化方法可以推廣至其它天然大分子，如纖維素、木質(zhì)素和殼聚糖，有利于制備高力學(xué)強度的生物基材料。
本研究選取果膠為原料，開發(fā)了新型醛基功能化多糖的合成方法，并制備了亞胺鍵交聯(lián)的果膠基可注射水凝膠。經(jīng)醛基修飾后，果膠分子的PDI值減小，且接觸角變小（圖1）。水凝膠的流變學(xué)表征說明，凝膠的G'最高可達(dá)到10000 Pa，遠(yuǎn)大于高碘酸鈉法制備的果膠基水凝膠，且具有良好的自修復(fù)性能（圖2）。水凝膠的紫外吸收最大波長在不同pH條件下表現(xiàn)出明顯的差距，說明水凝膠具有明顯的pH響應(yīng)性（圖3A）。體外模擬藥物釋放實驗發(fā)現(xiàn)，該水凝膠基藥物緩釋系統(tǒng)未表現(xiàn)出突釋現(xiàn)象，9小時內(nèi)的累計釋放率小于30%（圖3B-C）。此外，可注射水凝膠具有良好的生物相容性（圖4A-F），可注射水凝膠基藥物緩釋系統(tǒng)對癌細(xì)胞具有明顯的抑制作用（圖4G-I）。
圖1 果膠改性前后的分子量和接觸角
圖2 可注射水凝膠的流變學(xué)測試
圖3 水凝膠的pH響應(yīng)性（A）；藥物緩釋系統(tǒng)在pH為6.5和7.4的PBS模擬緩釋性能（B-C）
圖4 可注射水凝膠的L929細(xì)胞相容性（A-F）；藥物緩釋系統(tǒng)MCF-7癌細(xì)胞抑制率（G-I）
新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2021級研究生瑪麗亞穆姑麗·托胡提為第一作者，李德強副教授、李君副教授為共同通訊作者。本項目受到天山創(chuàng)新團(tuán)隊計劃項目(NO. 2023D14020)和新疆青年拔尖人才-青年科技創(chuàng)新人才（NO. 2023TSYCCX0039）項目資助。
