马妍 李娟通讯作者
（中国药科大学药学院；江苏南京211198）
【摘要】癌症在人类死亡的病症原因中居高不下，瘤内给药为肿瘤治疗提供一种新颖的渠道。原位温敏凝胶具有可注射性，凝胶转变条件温和，生物相容性良好，生物可降解等优点，是一种可以提供药物缓慢释放的优良局部给药载体。本文按照结构类型的不同列举出目前常研究的五种凝胶，解构凝胶的形成机理，分析作为药物载体的优缺点，为进一步研究提供全方面，概述性的引导。
【关键词】原位凝胶；温度敏感；水环境；瘤内给药；缓释
1.瘤内给药
在世界范围内，癌症是一种导致死亡的主要病症之一。治疗实体瘤的手段主要包括手术切除、化学药物治疗、放射治疗、基因治疗、免疫疗法等[1]。化药治疗通过选取对癌症细胞有较大杀伤力的化合物输入体内，但水溶性低，毒副作用强限制了大部分活性化合物的使用。
瘤内注射（Intratumor Delivery）是一种局部给药方式。肿瘤内给药使肿瘤部位聚集更多的药物浓度，提高药物递送效率，降低其余组织器官不必要的药物蓄积，减低化疗毒性；减少药物的剂量，提高生物利用度[2, 3]；瘤内给药按照制剂类型可分为两种，一种为液态纳米制剂，如脂质体，纳米粒等，另一种为可形成药物贮库的制剂，如植入剂，原位水凝胶等。
2.原位温敏凝胶的种类
水凝胶是一类由物理或化学交联形成，具有三维网状结构，能够贮存大量水的天然或人工合成聚合物[4]。其中，原位凝胶一般指常温下为液态，在注射部位由于环境响应立即转化为凝胶态的一类水凝胶[5]。可注射性与良好的生物相容性减少了对机体的伤害，同时材料具有的生物可降解性使它在药物递送方面有着明显的优势。原位温敏凝胶转变条件温和，近年来被广泛应用于组织工程以及药物递送领域。原位温敏凝胶的种类分类如下：
2.1壳聚糖
壳聚糖是一种聚阳离子多糖，在自然界中来源广泛。壳聚糖在体内被酶解后产生无毒的低聚糖，随后被分泌或结合到糖胺多糖和糖蛋白中。壳聚糖的多氨基结构导致其仅在弱酸条件氨基质子化后可溶解。Chenite等[6]首次构建了壳聚糖/甘油磷酸钠体系，β-甘油磷酸钠这一种强碱弱酸盐可将PH调节在中性约6.8-7.2之间，低温下即可保持液体可注射状态，当温度升高至LCST（临界相转变温度）后，质子转移、甘油羟基夺取水分子导致壳聚糖脱水，疏水基团进一步聚集变成凝胶态。类似地，Li等[7]构建巯基化壳聚糖CSSH/马来酰化壳聚糖CSMA/β甘油磷酸钠体系，硫醇-烯烃的反应利用使得构建的温敏凝胶体系的抗拉强度增加，包载脂质体后显示出良好的生物相容性，对于递送药物和组织修复支架方面有很大的潜力。
2.2 PNIPAM
聚N-异丙基丙烯酰胺体系中，分子侧链具有亲水性的酰胺基和疏水性的异丙基，当PNIPAM处于低温时，酰胺键与水之间形成氢键，体系处于溶胀液态，温度上升到LCST，氢键作用降低，酰胺键脱水，异丙基疏水基团聚集，凝胶形成。Cao等[8]构建PNIPAM体系，胶凝温度为33℃，包载抗菌肽 G(IIKK)(3)I-NH2，该温敏水凝胶模仿细胞外基质，短肽得到缓慢且可控的线性释放。Liao等人[9]构建HCMC（羧甲基甲壳素）/PNIPAM的PH/温度双重敏感且具有互传网络结构（IPN）的凝胶，系统的研究了NIPAM的浓度高低与水凝胶的结构、机械性能、PH/温度响应及5-FU释放行为的关系，高浓度NIPAM带来更紧密的网络结构、更强的机械性能、更低的溶胀度与释放率，每个浓度下的凝胶都有着明显的PH与温度双重响应，该凝胶可用作可控的药物递送系统材料。
2.3 PEG嵌段聚合物
人工合成三嵌段共聚物PEG-PLGA-PEG，低温水溶性溶液下形成胶束结构，PLGA聚集成疏水内核，温度升至LCST，胶束间的分子缠绕作用导致共聚物的凝胶化。已上市产品的ReGel®（BTG International Ltd.）被广泛应用于药物与蛋白质递送如紫杉醇，IL-2等。Pan[10]利用PEG-PLGA-PEG共递送胶原蛋白酶与曲妥珠单抗治疗乳腺癌，红外成像实验显示凝胶可在体内滞留20天。凝胶组与4倍剂量的静脉给药单抗溶液的抗肿瘤作用相当，即相同剂量下药效更高，副作用更小。由于PLGA降解会产生乳酸，有时会产生炎症反应，为了优化这一缺点，研究者Gong等人[11]构建PCL-PEG-PCL（PCEC）这一载体，PCL为一种生物可降解的晶体大分子，递送BSA与VB12可达2周之久。但据Hwang[12]报道，由于结晶作用，PEG/PCL溶胶溶液静置1 h便会形成低温下的物理凝胶，使实际应用遭到限制。
2.4泊洛沙姆
泊洛沙姆，Poloxamer（ICI），由聚氧乙烯与聚氧丙烯组成的三嵌段共聚物，基本构成为PEO-PPO-PEO。泊洛沙姆在临界胶束浓度以上时可以自组装成为胶束溶液，疏水段PPO聚集成为疏水内核，亲水段PPO分散成为亲水外壳。当已形成胶束体系的温度超过临界胶凝温度时，各胶束聚集，排出自由水后分子间无法自由活动，宏观上由液态转变为具有一定机械强度的凝胶态。PEO/PPO的不同比例决定其临界胶凝温度，比例越高，LCST越高[13]。同时，泊洛沙姆是FDA唯一认证可以做组织工程的可植入性材料，具有良好的生物相容性。Nguyen等[14]合成肝素-泊洛沙姆407为纳米凝胶骨架材料，包载CUR（姜黄素）于疏水内核，CDDP（水合顺铂）共价连接于肝素骨架上，因此该给药系统一方面表现出联合给药的优势，另一方面具有药物贮库的性质，体内实验显示CDDP与CUR均延缓释放至96h,与CDDP溶液相比，延长了30倍。
2.5聚多肽
基于多肽的温敏凝胶体系，多肽具有复杂的二级结构，包括α-螺旋、β-片层、Ω环和无序结构，分子内部与分子间有着丰富的氢键作用。PEG的加入使得亲水相分子增多，升高温度，链与链之间交互折叠，分子的构向转换，疏水相的相互聚集使体系由液态转向凝胶态，通过改变多肽种类、结构或多肽与PEG的比例调节凝胶的相转变温度[15, 16]。朱萌[17]以亮氨酸、缬氨酸、丙氨酸构成多肽，设计合成了不同的PEG-聚多肽温敏型聚合物，研究了嵌段次序对共聚物结构及温度响应行为的影响，结果显示在二级结构强度较高时，主要依赖PEG的脱水作用，二级结构强度较弱时则需要PEG脱水与二级结构转变共同作用。相较于传统温敏水凝胶，多肽温敏水凝胶的生物相容性更为优异，并且侧链基团的多样化为构建多重响应凝胶体系提供渠道。但同时，造价相对昂贵和多肽结构的复杂性也导致了构建凝胶的程序复杂难控性[18]。
3.总结与展望
原位温敏凝胶作为可注射的温敏凝胶，易于给药，凝胶转变条件温和，作为药物载体，给药间隔时间长，给药顺应性高；能够延长药物在体循环时间，降低药物给药剂量；可以增加靶向部位药物浓度，降低机体毒副反应。多个种类的温敏凝胶在实验室研究中已取得了良好成效，但在临床应用方面较为有限，希望通过进一步的凝胶改性，优化凝胶在体内性质，促进在临床上的转化与应用。
参考文献：
[1]WANG W, SONG H, ZHANG J, et al. An injectable, thermosensitive and multicompartment hydrogel for simultaneous encapsulation and independent release of a drug cocktail as an effective combination therapy platform [J]. Journal of Controlled Release, 2015, 203(57-66).
[2]WOLINSKY J B, COLSON Y L, GRINSTAFF M W. Local drug delivery strategies for cancer treatment: Gels, nanoparticles, polymeric films, rods, and wafers [J]. Journal of controlled release, 2012, 159(1): 14-26.
[3]CHITKARA D, SHIKANOV A, KUMAR N, et al. Biodegradable Injectable In Situ Depot-Forming Drug Delivery Systems [J]. Macromolecular Bioscience, 2006, 6(12): 977-90.
[4]GRAINGER, W. D. Connecting drug delivery reality to smart materials design [J]. International Journal of Pharmaceutics, 2013, 454(1): 521-4.
[5]NOROUZI M, NAZARI B, MILLER D W. Injectable hydrogel-based drug delivery systems for local cancer therapy [J]. Drug Discovery Today, 2016, 21(11): 1835-49.
[6]CHENITE A, BUSCHMANN M, WANG D, et al. Rheological characterisation of thermogelling chitosan/glycerol-phosphate solutions [J]. Carbohydrate Polymers
2001, 46(1): 39-47.
[7]LI R, LIU Q, WU H, et al. Preparation and characterization of in-situ formable liposome/chitosancomposite hydrogels [J]. Materials Letters, 2018, 220(jun.1): 289-92.
[8]CAO M, WANG Y, HU X, et al. Reversible Thermoresponsive Peptide-PNIPAM Hydrogels for Controlled Drug Delivery [J]. Biomacromolecules, 2019, 20(3601-10.
[9]LIAO J, HUANG H. Temperature/pH dual sensitive Hericium erinaceus residue carboxymethyl chitin/poly (N-isopropyl acrylamide) sequential IPN hydrogels [J]. Cellulose, 2020, 27(825-38.
[10]PAN A, WANG Z, CHEN B, et al. Localized co-delivery of collagenase and trastuzumab by thermosensitive hydrogels for enhanced antitumor efficacy in human breast xenograft [J]. Drug Delivery, 2018, 25(1): 1495-503.
[11]GONG C Y, SHI S, DONG P, et al. Synthesis and characterization of PEG-PCL-PEG thermosensitive hydrogel [J]. International Journal of Pharmaceutics, 2009, 365(1-2): 89-99.
[12]HWANG M J, SUH J M, BAE Y H, et al. Caprolactonic Poloxamer Analog:PEG-PCL-PEG [J]. Biomacromolecules, 2005, 6(2): 885-90.
[13]RUSSO E, VILLA C. Poloxamer Hydrogels for Biomedical Applications [J]. Pharmaceutics, 2019, 11(12):
[14]NGUYEN NT, NGUYEN NNT, TRAN NTN, et al. Synergic Activity Against MCF-7 Breast Cancer Cell Growth of Nanocurcumin-Encapsulated and Cisplatin-Complexed Nanogels [J]. Molecules, 2018, 23(12): 3347.
[15]CHENG Y, HE C, XIAO C, et al. Decisive Role of Hydrophobic Side Groups of Polypeptides in Thermosensitive Gelation [J]. Biomacromolecules, 2012, 13(7): 2053-9.
[16]HAN J, ZHAO X, XU W, et al. Effect of Hydrophobic Polypeptide Length on Performances of Thermo-Sensitive Hydrogels [J]. Molecules, 2018, 23(5):
[17]朱萌. 可生物降解多肽温敏性水凝胶的制备及性能研究 [D]; 电子科技大学, 2015.
[18]陈晨. 壳聚糖基温敏原位凝胶的制备及性能研究 [D]; 天津大学, 2012.