剑桥大学《Biomaterials》水凝胶机械匹配脑组织的流变学特性

摘要

由葫芦[8]uril (CB[8]) 交联的肽功能化透明质酸 (HACF) 是一类新的药物输送储库，用于提高患者来源异种移植（PDX）模型中胶质母细胞瘤的药物生物利用度。在生理条件下通过振荡流变学在8小时内测量天然人和小鼠组织的机械和粘弹性特性。载药水凝胶治疗可显着提高45%（55.5 至 80.5 天）的生存率。由于来自较硬肿瘤的局部压力更大，因此观察到形成的 PDX 肿瘤类型（GB 肿瘤异质性的结果）与初始存活率变化之间的关系。这些生物相容性和可定制的材料保证在 PDX 切除模型中用作药物输送储库，其中机械特性可以很容易地调整以匹配局部组织的刚度，因此有可能提高 GB 患者的存活率。相关论文以题为Mechanically Matching the Rheological Properties of Brain Tissue for Drug-Delivery in Human Glioblastoma Models发表在《Biomaterials》上。通讯作者为剑桥大学的Oren A.Scherman教授。

主图

图 1. HACF(x) 是通过简单易行的化学方法产生的。CB[8] 表现出对 HACF(10) 苯丙氨酸基团的客体选择性封装。HACF(10) 是一种动态的、物理交联的水凝胶；可以调整凝胶以匹配人类或小鼠天然脑组织的机械特性。水凝胶可以装入注射器中，由于 CB[8] 相互作用的剪切稀化特性而被挤出，然后很容易自我修复，当装入治疗性化合物时，可提高 PDX 小鼠模型的存活率

图 2. 生理条件下的振荡流变分析，37 °C 并浸没在 PBS 中。A) 实验流变学装置的数码照片，带示意图。B) 在 1% 剪切、0.1 rad/s HACF(10) - 2WT%、正常小鼠脑组织、A25C 小鼠肿瘤、A25M 小鼠肿瘤和人类 GB 肿瘤下的振荡时间扫描。C) HACF(x) 水凝胶在不同重量百分比下以 1 rad/s 的振荡流变振幅扫描。D) 1 rad/s 的振荡流变振幅扫描，比较人类 GB 与小鼠 GB 和正常脑组织。

图 3.A) A25M 或 A25C 肿瘤小鼠的截尾存活曲线，并给予治疗方案（ControlS、GelD 和 GelS）。B) A25M 或 C) A25C 荷瘤小鼠和右半球矢状切片荷瘤小鼠脑组织的截尾存活曲线，用人类特异性 Ki-67 抗体染色。D) A25M/A25C 队列的未经审查的生存曲线数据，其中包括 10 天前的手术相关死亡。

总结

这证明了人类和小鼠脑肿瘤组织在生理条件下的振荡流变力学测试的第一份报告。然后，该信息用于指导 PDX 小鼠模型中透明质酸形成的物理交联水凝胶的调节，以匹配天然组织的水凝胶，确保植入物和大脑之间不会发生机械错配，从而减少潜在的副作用。脑硬度匹配的水凝胶在这些局部递送装置中提供了良好的药物生物利用度，从而使存活统计数据增加了 45%。然而，为了描绘药物库刚度和生物利用度之间的关系，需要进一步的研究。虽然 PDX 小鼠模型在注射载药水凝胶后获得了显着的生存优势，但在某些情况下，来自较硬肿瘤的局部压力增加会导致与手术相关的死亡。因此，未来的研究应包括 GB 肿瘤切除模型，以更准确地代表和评估真正的临床转化。

参考文献：

doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.120919

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