东南大学姚红红、梁高林发表AFM：超分子肽水凝胶，可治疗缺血性中风！

缺血性中风是全世界死亡和残疾的主要原因。脑缺血区药物输送不良仍然是缺血性脑卒中治疗的一个挑战性问题。姜黄素(Cur)和依达拉奉(EDV)对缺血性中风显示出显着的治疗效果。然而，短半衰期和较差的水溶性限制了它们对长期有效神经保护的应用。东南大学姚红红、梁高林将Cur和EDV与经过充分研究的水凝胶剂Nap-Phe-Phe-Tyr-OH (NapFFY)共同组装，制备出一种新型超分子肽水凝胶EDV/Cur/NapFFY，可以提高其生物利用度，并通过局部给药精确地将疏水药物转运到缺血部位。体外释放试验表明，与NapFFY共同组装可使Cur和EDV连续释放约两周。动物研究发现，EDV/Cur/NapFFY水凝胶能有效促进脑可塑性，增强光血栓小鼠模型的功能恢复。总体而言，揭示了超分子肽水凝胶递送系统EDV/Cur/NapFFY在促进缺血性脑卒中修复和恢复方面的巨大应用潜力。该研究以题为“Sustained Release of Neuroprotective Drugs Curcumin and Edaravone from Supramolecular Hydrogel for Ischemic Stroke Treatment”的论文发表在《Advanced Functional Materials》上。

在这项工作中，开发一种自组装的超分子肽水凝胶，其中EDV/Cur包封和肽凝胶在水溶液和生理溶液中同时完成。获得的水凝胶系统旨在实现神经保护药物EDV和Cur的局部递送和持续释放。首先，将EDV/Cur与合成的NapFFY共同组装，开发了一种新型超分子肽水凝胶系统EDV/Cur/NapFFY。这种水凝胶可以在缺血部位缓慢释放成分，以促进光血栓(PT)小鼠梗死周围皮层区域的功能恢复并增强神经可塑性。此外，行为测试证明了EDV / Cur / NapFFY水凝胶对中风小鼠模型的治疗效果。综上所述，共组装肽水凝胶递送策略实现了对脑卒中小鼠模型的有效修复，在临床上显示出有效治疗缺血性脑卒中的巨大潜力。

方案1. EDV/Cur/NapFFY水凝胶的制备工艺

【NapFFY、EDV/NapFFY、Cur /NapFFY和EDV/Cur/NapFFY凝胶的制备和表征】

接下来，研究了这些水凝胶的粘弹性表明Cur和EDV对水凝胶NapFFY的力学性能没有影响。TEM图像显示了具有明显长纳米纤维网络的四种水凝胶的微观形态。NapFFY、EDV/NapFFY、Cur/NapFFY和EDV/Cur/NapFFY水凝胶之间的纳米纤维密度没有显著差异。综上所述，EDV/Cur和NapFFY试剂的共组装对水凝胶样品的形貌没有影响，4种水凝胶的纳米纤维密度相似意味着相似的机械强度，与流变结果保持一致。

图1. NapFFY水凝胶的流变学和透射电镜

【EDV/Cur/NapFFY水凝胶中固化和EDV的累积释放】

接下来，研究了凝胶EDV/Cur/NapFFY中Cur和EDV的释放行为。发现亲水性较好的EDV更容易释放并达到较高的释放速率，而疏水性较强的Cur与水凝胶NapFFY形成更强的相互作用。综上所述，凝胶EDV/Cur/NapFFY可持续地释放Cur和EDV，只需一次给药即可很好地应用于脑卒中治疗。

图2. 在0°C下，凝胶EDV/Cur/NapFFY在PBS培养基(01.7M，pH 4.37)中体外累积释放A)Cur和B)EDV

【EDV/Cur/NapFFY水凝胶促进中风小鼠的感觉运动和认知恢复】

由于PT脑卒中模型对缺血性病变的可预测和明确定义的位置具有优势，因此通常用于研究卒中后的长期行为修复效果。因此，将PT小鼠模型应用于水凝胶介导治疗后脑卒中小鼠的功能恢复评估。在用装有Cur/EDV的NapFFY水凝胶治疗4周后，这种行为不对称性明显逆转，表明EDV/NapFFY、Cur/NapFFY和EDV/Cur/NapFFY显示出显着的治疗效果。此外，还对单药组和双药组进行了统计分析，以阐明EDV联合Cur治疗脑卒中的优势。与EDV/NapFFY组或Cur/NapFFY组相比，凝胶EDV/Cur/NapFFY组在缺血后第7天表现出显着增强的行为结果，表明EDV和Cur的共同递送，而不是单独使用任何一种药物，加速了功能恢复并改善了组织修复。因此，本研究设计了EDV和Cur的联合治疗策略，以有效缓解脑卒中的进展。尽管EDV和Cur均显示出令人兴奋的缺血性脑卒中治疗潜力，但它们的水溶性差或半衰期短等缺点显着限制了其临床应用。

在这项工作中，通过共组装的超分子水凝胶EDV/Cur/NapFFY成功递送了EDV和Cur，其中疏水性EDV和Cur在凝胶过程中同时包封。研究证明EDV/Cur/NapFFY水凝胶可以有效地延长EDV/Cur的局部释放。这种药物的缓释性质有望维持相对较高的药物浓度，从而减轻重复给药对长期治疗的不便。

图3. 凝胶EDV/Cur/NapFFY促进中风后的功能恢复

【EDV/Cur/NapFFY水凝胶增强PT小鼠的神经元可塑性】

接下来，探讨了水凝胶系统对PT小鼠神经元可塑性的治疗效果。首先，研究了突触相关蛋白(PSD95和突触素)通过蛋白质印迹的表达。结果，PT小鼠中突触相关蛋白的表达明显降低，加载EDV或Cur或两者的水凝胶在处理后可以抑制这种作用。进一步评估了中风后第2天梗死周围区域MAP28的表达。研究发现，与假手术组相比，PT组的MAP2荧光强度降低，而在水凝胶治疗组中，梗死周围区域MAP2的荧光强度显着增加。总体而言，这些结果表明，EDV/NapFFY、Cur/NapFFY和EDV/Cur/NapFFY均能逆转突触可塑性相关蛋白的表达，促进神经可塑性，最终增强缺血性脑卒中小鼠的功能恢复。

图4. 凝胶EDV/Cur/NapFFY增强了PT小鼠中风后的神经可塑性

【NapFFY水凝胶的生物相容性评估】

生物材料的潜在毒性作用是其在生物医学领域应用的主要障碍。因此，有必要进行生物相容性测试来评估NapFFY水凝胶的毒性。NapFFY水凝胶在体外具有良好的细胞相容性。进一步检查了水凝胶是否具有全身毒性。注射水凝胶后5天，处死小鼠，然后制备血清样品进行一系列血液生化指标测定，研究肝、肾、心脏的功能。结果表明，与假组相比，治疗小鼠血清中这些标志物的水平是正常的，这表明水凝胶注射没有引起任何器官功能损害。因此，水凝胶样品在体内研究中的应用是安全的。此外，对主要器官(心脏、肺、肝、脾和肾)的组织学评估也证实，NapFFY水凝胶和EDV/Cur/NapFFY水凝胶治疗组未发现组织毒性或明显差异。综上所述，NapFFY水凝胶在其生物学应用中具有良好的生物相容性。

图5. 凝胶NapFFY的生物相容性评估

【小结】

该研究报道了水凝胶剂NapFFY与神经保护药物Cur和EDV成功共组装形成超分子肽水凝胶EDV/Cur/NapFFY的成功。局部注射水凝胶EDV/Cur/NapFFY有效促进缺血性脑卒中脑神经修复。值得注意的是，NapFFY水凝胶可以确保生物活性药物绕过BBB的精确和高效递送，然后在梗死区域实现持续释放，显着增强缺血性脑卒中后的长期功能恢复。因此，NapFFY水凝胶有可能作为一种有效且有前途的候选药物，为缺血性中风的治疗提供各种治疗方法。此外，基于自组装超分子肽水凝胶的治疗策略可以扩展到其他中枢神经系统疾病，如抑郁症。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202303930