羟基磷灰石-蒙脱土-羧甲基纤维素pH响应纳米复合水凝胶用于特立帕肽递送的协同效应研究

　　本文推荐研究人员针对骨组织工程中药物递送面临的挑战，开发了一种新型pH响应性CMC/MMT/HAP纳米复合水凝胶用于特立帕肽(PTH (1-34))的精准递送。研究通过双重乳化法成功构建载药系统，实现了38%的载药效率和82%的包封效率，在酸性微环境(pH 5.6)下展示出98.5%的累积释放率。该体系显著增强碱性磷酸酶(ALP)活性至26 U/L，并证实其良好的生物相容性(细胞存活率>108%)，为骨缺损修复提供了创新性治疗策略。

　　

在骨组织再生医学领域，骨质疏松、骨折及肿瘤切除后的骨缺损修复仍是重大临床挑战。传统治疗方法如自体移植存在供区并发症，而系统性给药则面临药物利用率低、副作用显著等问题。特别值得注意的是，肽类 therapeutics(治疗剂)虽然具有高靶向性和生物活性，但其临床应用受到酶解降解、膜通透性差和半衰期短的严重限制。特立帕肽(PTH (1-34))作为人工合成的甲状旁腺激素片段，是目前最具前景的促骨形成药物之一，然而其常规皮下注射给药方式会导致血药浓度快速波动，引发高钙血症、头痛等不良反应，甚至可能增加骨肉瘤风险。

为突破这些局限，研究人员开发了一种创新的pH响应性纳米复合水凝胶系统，该研究成果正式发表在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》。该研究通过将羧甲基纤维素(CMC, carboxymethyl cellulose)的水凝胶形成能力、蒙脱土(MMT, montmorillonite)的机械增强与药物保护特性，以及羟基磷灰石(HAP, hydroxyapatite)的骨传导性相结合，构建了三元复合载体系系统，致力于实现特立帕肽的局部缓释和靶向递送。

本研究主要采用A/O/A(水/油/水)双重乳液法制备载药纳米复合物，通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、Zeta电位分析、动态光散射(DLS)和场发射扫描电镜(FE-SEM)等进行系统表征。采用透析法结合高效液相色谱(HPLC)分析药物释放行为，通过MTT法评估细胞毒性，并利用碱性磷酸酶(ALP)活性检测评估成骨分化潜能。

3.1. 纳米复合物表征

通过FT-IR分析证实了CMC、MMT和HAP的成功复合，以及PTH (1-34)的有效负载。XRD显示复合物平均晶粒尺寸为29.2±1.4 nm，表明其具有高比表面积，有利于药物吸附与释放。FE-SEM图像揭示了层状片状网络结构，孔隙分布为200-900 nm，平均孔径520±150 nm，这种结构有利于流体渗透和细胞浸润。DLS测得其流体动力学直径为193.48±3.8 nm，Zeta电位为-40 mV，表明体系具有良好胶体稳定性。

3.2. 载药与包封效率

研究显示CMC/MMT/HAP体系的载药效率(LE)和包封效率(EE)分别达到38%和82%，显著高于未添加MMT的对照组(33%和74%)。这主要归因于MMT的层状结构及其负电表面与药物分子间的静电相互作用。

3.3. 药物释放研究

在pH 5.6的酸性环境下，24小时累积释放率达到58%，240小时达到98.5%；而在生理pH 7.4条件下，相应释放率分别为32%和64%。这种pH依赖性释放行为使其能够靶向骨吸收部位的酸性微环境。释放动力学符合Korsmeyer-Peppas模型，表明药物释放主要通过扩散机制控制。

3.4. 溶胀行为

水凝胶在pH 5.6条件下表现出比pH 7.4条件下更高的溶胀率，这源于羧基和羟基的质子化增强了氢键作用，导致网络结构扩张。这种pH响应性溶胀行为有利于在骨缺损酸性微环境中加速药物释放。

3.5. ALP活性分析

CMC/MMT/HAP@PTH (1-34)复合物在14天时表现出最高的ALP活性(26 U/L)，显著高于其他组别，证明了该复合物在促进成骨分化方面的协同增强作用。

3.6. 细胞毒性评估

MTT实验表明，所有制备物对L929、HEK-293和SaOS-2细胞系均表现出良好生物相容性(细胞存活率>90%)。特别值得注意的是，载药纳米复合物在HEK-293细胞中显示出代谢活性增强效应(48小时增加19%)，表明其可能促进细胞增殖与分化。

该研究成功开发了一种基于CMC/MMT/HAP的pH响应性纳米复合水凝胶系统，用于特立帕肽的靶向递送和骨组织再生。该系统展现出高载药效率、pH依赖性释放行为、增强的成骨活性和优良的生物相容性。分子水平上的表征证实了各组分的成功复合与稳定结构，而细胞实验则证明了其促进成骨分化和细胞增殖的能力。这种多功能的复合系统不仅能够保护药物免于降解，实现可控释放，还能提供骨传导性支架，为骨缺损修复提供了创新性的治疗策略，具有重要的临床转化潜力。

研究的创新性在于首次将CMC、MMT和HAP三者结合用于特立帕肽的递送系统，并系统验证了其协同增强效应。未来研究需要进一步开展体内实验，验证其在生理环境下的骨再生效能和生物安全性，以推动其向临床应用转化。