Engineered self-healing single-cavity microcapsules for pulsatile release of drug delivery (Open Access)

Tong Ye（叶通）, Lingjiao Zou, Yishu Wang, Guanghui Ma（马光辉）

Keywords: Drug delivery; Single-cavity microcapsule; Pulsatile release; Self-healing microparticle

近日，中国科学院过程工程研究所马光辉院士研究团队利用FDA批准的PLGA材料开发出自愈合单腔微球，这种微球可以通过调节材料分子量在不同时间释放药物，从而能够 “按需”配伍组合多种单腔微球，构建了一种脉冲式药物释放平台，从而满足不同药物的释放要求。相关工作发表在Particuology上。

图1. 自愈合单腔微球构建脉冲式药物释放平台

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基于聚合物的递送系统已经被报道用于各种疾病的治疗，然而，大部分药物都采用反复的瘤内或肌肉注射，这些反复的给药可能会导致群众治疗意愿下降，从而导致治疗结果受损和经济负担加重，这一难题掣肘了许多药物的进一步发展。针对该难题，过程工程研究所生化工程国家重点实验室生物剂型与生物材料团队通过将不同分子量的聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）工程化为自愈合单腔微胶囊（SSM），开发了一种脉冲式多次释放药物的递送平台。该方法显示了一种灵活的搭配策略，以实现定制的脉冲式药物释放，并且所用材料可完全降解，具有良好的安全性，具有极佳的临床转化前景。

此外，研究团队针对不同分子量的聚合物开发了两种自愈合单腔微球制备方法，并针对药物性质提供了两种不同的药物装载及微球愈合策略，包括针对抗体药物的加热愈合和针对腺病毒的有机溶剂愈合，有效保护了这些药物的生物活性，极大地拓展了该药物递送平台的应用场景。

图2. SSM的体内安全性评估

（a）体内安全性评估示意图;（b）第14天注射部位的苏木精-伊红（H&E）染色图像;（c）第14天注射部位募集细胞的定量分析;（d）不同时间下注射部位募集细胞的定量分析;（e）第14天主要脏器的H&E图像;（f）第14天血常规指标变化。

自2006年起，过程工程所生化工程国家重点实验室生物剂型与生物材料团队对药物递送工程进行了深入研究，发现和创制了一系列颗粒递送新剂型，部分剂型已通过伦理批准进入临床前和临床研究。相关工作相继发表于Nat Mater、Nat Commun、Sci Adv、Nat Biomed Eng、Adv Mater、Adv Sci、ACS Cent Sci、Small、Biomaterials等期刊上。本工作是该团队基于以往的研究基础，根据聚乳酸自愈合微球特性发展的又一个药物递送新剂型。叶通博士是该论文第一作者，马光辉院士为通讯作者。相关工作得到了国家自然科学基金委（No.21821005）和中国科学院（No.IAGM2020C30）的资助。

马光辉院士，博导，中科院过程所生化工程国家重点实验室主任。基金委创新群体首席，中国化工学会生物化工专业委员会副主任委员，中国化学会会士，中国颗粒学会理事，中国生物工程学会理事，多个知名国际期刊编委，Particuology生物颗粒领域主题编辑。

研究方向为均一生物微球和微囊的制备及其在生化工程和医学工程中的应用，研究和开发用于生化分离、药物载体、免疫佐剂（疫苗递送系统）、细胞培养微载体、酶固定化载体等创新产品。在国际著名学术期刊上发表SCI论文500余篇，他引超过16000次。出版中英文专著11部，英文书章节10余章，其中包括美国著名的化学工程师手册《Perry's Chemical Engineer's Handbook》（中国学者首次参加撰写）。中国发明专利授权81项，美国专利授权4项，欧洲专利授权2项，日本专利授权2项，专利技术和产品在国内外500多家单位得到应用。

近几年获得的奖励和荣誉包括：2020年中国化工学会科学技术奖基础研究成果奖一等奖、2020年中国颗粒学会自然科学奖一等奖，2009年国家技术发明二等奖，2005年北京市科学技术一等奖，2013年中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖，2014年侯德榜化工科技创新奖，2016年“中国科协全国优秀科技工作者”称号。

Particuology(《颗粒学报》)是由中国科协主管，中国颗粒学会和中国科学院过程工程研究所主办，科学出版社和Elsevier出版集团共同出版的英文版月刊，正式创刊于2003年4月。首任主编为郭慕孙院士，现任主编为李静海院士。

Particuology(《颗粒学报》)2021年度影响因子3.251, CiteScore 5.2，是颗粒学领域三大期刊之一。同时，《颗粒学报》始终坚持以创精品与国际化为办刊方针，多年来一直保持60%国际稿源，70%国际审稿，作者来自中国、美国、德国、英国、澳大利亚等20多个国家，读者遍布全球100多个国家，并连续十年被评为“中国最具国际影响力期刊”称号。

Particuology(《颗粒学报》)主要刊登国内外颗粒学领域在研究、工程和应用方面的优秀原创论文，内容涉及颗粒测试与表征、颗粒制备与处理、颗粒系统与固体散料技术、流态化与颗粒流系统、模拟与仿真技术、气溶胶科学与技术、材料科学与工程、纳米颗粒、能源颗粒、生物颗粒与仿生技术等领域。热忱欢迎国内外相关领域专家、学者、研究人员来稿！