寡肽生物水凝胶用于蛋白药物定位输送与控释的研究

In view of the safety, effectiveness and stability of protein as the key issue in protein delivery system, a class of novel oligopeptide-based small-molecule hydrogels are developed for localized delivery of a protein drug, TRAIL, which gels in vitro by catalysis of biomacromolecular enzyme, presents high efficient protein-loading capacity based on the compatibility between small-biomolecular amino acids and biomacromolecular protein and shows controlled release of protein. In this project, the effect of type, sequence and length of amino acid on the gel-forming capacity as well as the catalytic activity of enzyme and its influence on the activity of protein drug are studied. The project is also focused on the in vitro and in vivo degradability, controlled drug release mechanism and protein delivery efficiency of hydrogel, which also explores the mechanism of interaction among biomolecules including amino acid, enzyme and protein drug for highly efficient protein efficiency. This new design for the drug delivery system composed of all biomolecules provides a safe and efficient platform for protein delivery and advances the application of protein in clinic, which also offers a practical carrier for delivery of other biomacromolecules.

针对蛋白药物输送系统的安全性、有效性以及药物稳定性等关键问题，本项目设计一类新型寡肽生物水凝胶，通过氨基酸生物小分子与生物大分子药物间的相容性高效包载蛋白，并以生物大分子酶为催化剂进行体外成胶，用于蛋白药物TRAIL的定位输送，控释药物，维持长效。本项目通过研究氨基酸类型、序列以及链长对成胶性的作用，酶的催化性能以及对蛋白活性的影响，研究水凝胶的体内外降解性、控制释放药物机制、对蛋白药物的输送性能等，阐明凝胶的结构与安全性、药物稳定性、成胶性、控释性等功能之间的规律，筛选出安全、高效的寡肽水凝胶作为蛋白药物递送的载体。探索基于生物分子氨基酸、酶、蛋白药物之间的作用机制，为蛋白药物的高效包载提供理论依据。这种基于全部以生物分子来构建递药系统的创新设计策略未见文献报道，为蛋白药物的输送提供了安全和高效的载体平台，并可推动蛋白药物的临床应用，也为其他生物大分子药物的输送提供实际可行的解决方案。

针对蛋白药物输送系统的安全性、有效性以及药物稳定性等关键问题，本研究设计一种新型寡肽生物水凝胶，通过氨基酸生物小分子与生物大分子药物间的相容性高效包载蛋白，并以生物大分子酶为催化剂进行体外成胶，用于蛋白药物的定位输送，控释药物，维持长效。针对基质蛋白酶催化氨基酸水凝胶自组装的同时可能降解蛋白/多肽药物这一问题，本研究采用自由基聚合反应在基质蛋白酶表面形成聚合物外壳获得一种具有底物选择性的酶促反应系统，该系统由酶和包载在酶外部的纳米网壳构成。纳米网壳允许水凝胶前体与凝胶因子自由出入，该定向酶促反应系统可催化水凝胶前体转化为凝胶因子，继而自组装为氨基酸水凝胶。在保留了触发小分子水凝胶合成能力的同时纳米外壳提供空间位阻，阻止大分子蛋白药物靠近酶口袋，从而避免被降解。得到的寡肽水凝胶用于蛋白药物Hirudin和TRAIL的定位输送，共载的寡肽水凝胶在体外和体内均显示出增强的协同抗肿瘤作用。这种基于生物分子来构建递药系统的创新设计为蛋白药物的输送提供了安全和高效的载体平台，并可推动蛋白药物的临床应用，也为其他生物大分子药物的输送提供实际可行的解决方案。.基于寡肽水凝胶具有良好的皮肤粘附性及滞留性，可以作为抗癌药物局部透皮给药的载体，从而提高皮肤癌患者化疗的依从性。本研究进一步构建了一种可涂抹的寡肽水凝胶，包埋经细胞穿膜肽修饰的荷载紫杉醇的传递体，用于皮下黑色素瘤的局部化疗。涂布在黑色素瘤上方的皮肤后，作为贴剂的包埋紫杉醇传递体的寡肽水凝胶延长了紫杉醇在皮肤上的保留能力。具有优良可变形性的紫杉醇传递体可以有效渗透皮肤。此外，穿膜肽的修饰增强了紫杉醇传递体在皮肤和肿瘤基质中的渗透以及肿瘤细胞中的转运。动物实验显示包埋紫杉醇传递体的寡肽水凝胶的局部涂布与全身化疗组合给药能够有效地减缓小鼠黑色素瘤的生长，在透皮治疗黑色素瘤或其他皮肤疾病领域有着广阔的应用前景。