温敏凝胶/PLGA微球共建多层缓释系统释药机制及其提高多肽/蛋白质生物利用度机制的研究

The inconstant rate of drug release and low bioavailability are the common problems to the polypeptide/protein-loaded long-acting drug delivery system. In this study thermosensitive hydrogel (PLGA-PEG-PLGA) and PLGA microspheres are combined to prepare multi-barrier long-acting system (Depot-gel-in-Ms-in-Matrix-gel,) with constant drug release rate and increased bioavailability for polypeptide (Exenatide, EXT) and protein (Bovine Serum Albumin, BSA). Our previous results suggested that EXT release rate was constant and the bioavailability was improved due to this long-acting system. While, the mechanism has not been studied. In this study, polypeptide/protein are loaded in the long-acting system to investigate the mechanisms of drug release and improved bioavailability. The inner gel-core, microspheres and outer gel-matrix play different roles during the drug release process, without showing burst release or platform period. And drug release rate is constant. The hydrogel molecules self-assemble and form micelles (PLGA core and PEG shell) in aqueous solution . The micelles adsorb onto the drug surface to form the unstable complexes due to the Van der Waals force and hydrogen bond, which protect the spatial stability and bioactivity of drug; and the PEG shell decrease the uptake of phagocyte to drug and microspheres. Thus, the bioavailability is improved. The study of the long-acting system and relevant mechanisms would provide a new strategy for polypeptide/protein loaded long-acting drug delivery system.

关于多肽/蛋白质长效制剂非恒速释药和低生物利用度问题一直没有解决方案。本研究将温敏凝胶（PLGA-PEG-PLGA）和PLGA微球结合，构建多层结构长效释药系统（胶核-微球-凝胶基质），装载多肽（艾塞那肽，EXT）/蛋白质（牛血清白蛋白，BSA），实现药物近恒速释放和提高生物利用度的目标。前期研究显示该系统使EXT接近零级释放，显著提高生物利用度，但未探讨机制。基于此，本研究继续利用该系统装载多肽和蛋白质，深入研究药物释放机制及提高生物利用度机制。胶核、微球和凝胶基质在释药过程中发挥不同作用，避免突释和平台期等发生，达到恒速释放目的。凝胶分子在水中自组装成胶束（PLGA内核，PEG外壳），依靠范德华力和氢键等围绕在药物分子周围形成不稳定复合物，保护其空间结构和生物活性；PEG外壳的存在能减少巨噬细胞对药物和微球的吞噬。因此，药物生物利用度提高。本研究将为多肽/蛋白质长效制剂发展提供新策略。

温敏凝胶-PLGA微球体系是一种长效缓释系统，并且能够利用水凝胶的三维网格状结构保护多肽/蛋白质的空间结构和生物活性。.首先通过复乳法制备装载戈舍瑞林（GOS）的凝胶-PLGA微球体系，以包封率和释药速度等为指标，确定最优处方工艺，并考察两种调整释放曲线的策略，通过体内外药物释放曲线与市售制剂（Zoladex®植入剂）对比研究药物释放机理。策略1：加入醋酸调节内水相pH值，加速PLGA基质的溶蚀效应，从而使微球体外释放平台期由14天缩短至6天；策略2：油相中加入小分子量PLGA作为致孔剂，原子力显微镜、扫描电镜和体外释放结果说明，微球基质中的孔道快速生成，同时小分子量PLGA降解产生酸性单体具有自催化作用，加速PLGA基质的溶胀和降解速率，体外释放曲线可见平台期消失。通过扫描电镜技术，动态监测微球在释放过程中内外结构的变化，得出凝胶- PLGA相互作用的扩散-溶蚀释药机理。药代动力学结果证明，凝胶-PLGA微球体系与植入剂相比具有更长的释药周期和更高的生物利用度。.在此基础上，通过热熔挤出技术将GOS和PLGA制备成固体分散体，再以单乳法制备固体分散型PLGA微球，通过分子动力学模拟、拉曼成像等手段考察GOS和PLGA分子间相互作用，利用体内药代动力学和药效学试验深入研究药物释放机制。由热熔挤出-单乳法制备的PLGA微球包封率高达92.24%，圆二色谱结果证明药物体外释放30天内结构完整性良好。拉曼结果证明微球是一种固体分散体结构，GOS在微球中均匀分布。Zoladex®植入剂和凝胶-微球体系的体内释药周期均约35天，凝胶-微球体系相对生物利用度是植入剂的0.63倍。大鼠体内睾酮血药浓度曲线证明凝胶-微球体系具有与植入剂相同的降低雄鼠体内睾酮浓度的效果。.装载多肽/蛋白质类药物的凝胶-PLGA微球体系能够缓慢、近恒速的释放药物，保护药物的空间结构和生物活性，提高生物利用度和患者用药顺应性，为多肽/蛋白质长效制剂发展提供新策略。