肝素-泊洛沙姆407新材料應用進展*

任少琳，符馨尹，裔文靜

(海南醫學院第一附屬醫院藥學部，海口 570203)

泊洛沙姆，商品名Pluronic F127，是一種溫敏型即位凝膠的賦形劑，其系列產品在多種領域有著廣泛的應用，隨著對泊洛沙姆的研究不斷深入，以泊洛沙姆作為賦形劑的溫敏型材料也得到了多方面發展[1]。肝素-泊洛沙姆407是目前新興的具有高親和性、緩釋、定點釋放等多種功能為一體的多聚物材料。該材料不僅具有肝素的抗凝溶栓特性，還結合了溫敏特質，提高血管縫合術的成功率[2]。隨著研究進展，肝素-泊洛沙姆作為一種高分子共聚物材料在靶向及定點釋放等方面也有所涉及。筆者就肝素-泊洛沙姆407的研究應用進行綜述。

1 肝素-泊洛沙姆407材料的結構及合成

泊洛沙姆407(poloxamer 407，Pluronic F127) 是由不同比例的聚氧乙烯和聚氧丙烯組成的非離子型表面活性劑，平均相對分子質量約為12 600。泊洛沙姆具有特殊的反向熱膠凝作用，即低溫時(4～5 ℃)為液體，體溫(37 ℃)下轉變為凝膠[3]。肝素及低分子肝素是一種敏感的氨基葡聚糖，常與蛋白或其他肽類物質結合，具有緩釋及靶向作用。目前文獻報道的肝素-泊洛沙姆407材料合成方法的核心為將低分子肝素或普通肝素粉制備成單端胺基肝素后，與泊洛沙姆407在24 h室溫條件下經EDC/NHS催化合成具有新結構的物質，并經過濾膜透析3 d，保留相對分子量在14 000內的化合物后冷凍干燥[4]。化合物粉末經紅外光譜和磁共振同時鑒定，可發現該化合物不僅具有肝素和泊洛沙姆407的特征峰，也有因PPO基團上-CH3、-CH，-CH2和PEO基團上-CH2的特征性化學位移產生的新特征吸收峰。經驗證，合成后的肝素-泊洛沙姆407材料不僅具備60%低分子肝素的活性，還具有泊洛沙姆的溫敏性，即低于體溫(37 ℃)為液體，高于體溫(40 ℃)轉變為凝膠體。同時肝素與泊洛沙姆407的合成也促進了其與多種生物活性物質的親和力，結合力相較泊洛沙姆407更強。這樣的特性使肝素-泊洛沙姆407可廣泛應用于醫療中，例如輔助血管縫合、作為多種疾病治療藥物的載體起到靶向及緩釋作用。

2 肝素-泊洛沙姆407材料的應用進展

2.1血管縫合術中的應用 血管縫合術是各種血管手術的關鍵步驟。傳統的手工縫合技術要求較高，且許多因素如血管再狹窄、血管內膜的增生、血栓的形成以及外來物質的干擾等也給手術的操作帶來了挑戰，也不適于小血管及微血管的吻合[5]。斯坦福大學醫學院的研究者提出應用泊洛沙姆407 凝膠結合醫用黏合劑使用，可以解決顯微血管吻合術黏合法的瓶頸問題[6]。泊洛沙姆有一種獨特性質，在低溫下是液體，受熱后變成固體，過程是可逆的，將泊洛沙姆407加熱到高于體溫，使它變成固體，用于撐開血管。溫度下降后泊洛沙姆407變成液體，不會阻塞血管，但還是存在必須合用白蛋白來控制膠凝溫度、輔以抗凝劑防止栓塞形成等缺陷[7]。然而肝素-泊洛沙姆407既改進泊洛沙姆407凝膠的不足，又能克服傳統吻合方法存在的吻合口狹窄和栓塞等問題，是目前研究的熱點。王艷等[8]研究顯示肝素-泊洛沙姆超聲微泡可以增強肝素的溶栓作用，同時減少肝素有效溶栓的劑量，減少不良反應的發生，這提示肝素-泊洛沙姆可能有助于解決血管吻合術中出現的困難。同時 ?ZER等[9]研究也顯示，在泊洛沙姆407中加入肝素，該凝膠的溫敏現象可在體溫時呈固態，在斷口處撐開血管，加快了微血管縫合手術時間，1周后，加入了肝素的泊洛沙姆407組血管壁更薄，血流通暢度更高。提示了該種復合物質對無縫合線血管縫合手術益處較大。ZHAO等[4]研制出了肝素-泊洛沙姆407原位凝膠，并將其應用于兔頸靜脈血管吻合術中，該凝膠具有與泊洛沙姆407不同的溫敏特性，在高于體溫時呈現固態，注射在血管斷口處可利于撐開血管，同時縫合后撤離熱源，凝膠降至體溫時呈現液態，不堵塞血管。影像學及病理檢查結果顯示肝素-泊洛沙姆407輔助縫合術較傳統的手工縫合技術更高效，同時還可顯著改善兔頸靜脈血管縫合處內皮損傷，溶解斷口處形成的血栓，促進血管功能的恢復。

2.2藥物載體的應用

2.2.1抗癌藥物的靶向作用 肝素-泊洛沙姆407凝膠具有靶向作用，與抗癌藥物結合能起到靶向治療癌癥、減小不良反應的作用。CHOI等[10]自組裝了肝素-泊洛沙姆407納米凝膠，并與核糖核酸酶A(ribonuclease A，RNase A) 結合用于抗癌治療。結果顯示RNase A與肝素-泊洛沙姆407凝膠結合力強，具有良好的載藥率。同時肝素-泊洛沙姆407納米凝膠細胞內吞及肝素的細胞核滲透能力顯著，可濃集于人宮頸癌細胞質及細胞核內。在細胞毒性方面，肝素-泊洛沙姆407因肝素與泊洛沙姆407發生化學耦聯后作用減弱，自身幾乎無細胞毒性，而隨著納米凝膠內RNase A濃度的增加，細胞活性逐漸減弱，顯示出了細胞毒性。TONG等[11]將順鉑與肝素-泊洛沙姆407納米凝膠結合，結果顯示該凝膠具有較高的載藥率(42.5%)，同時具有抑制人肺腺癌細胞NCI-H460的作用。另外，該順鉑-肝素-泊洛沙姆407納米凝膠較之單純的順鉑具有釋放更緩慢及降低細胞毒性的作用。上述研究提示，肝素-泊洛沙姆407是一種安全性高、載藥率高、結合能力強的靶向藥物載體，可用于癌癥靶向治療。

2.2.2血管修復作用 藥劑學研究領域針對肝素-泊洛沙姆407與生長因子的釋放過程及原理進行了探索。 YOON等[12]及CHOI等[13]將堿性成纖維細胞生長因子(b-fibroblast growth factor，bFGF)加入肝素-泊洛沙姆407復合物及肝素-泊洛沙姆/殼聚糖中，發現加入復合物中的生長因子較與加入單純的泊洛沙姆中的生長因子釋放速度更緩慢，且無爆釋現象，其原理與肝素中有bFGF的特異結合位點，可形成相互作用有關。其釋放生長因子的速度不僅受游離及結合的bFGF濃度影響，還與肝素同泊洛沙姆及殼聚糖的結合有關。帶負電荷的肝素與帶正點的聚合物間可形成較強的靜電力，使bFGF/肝素釋放緩慢，而單純的bFGF與聚合物則結合較弱，釋放速度增加。同時bFGF-肝素-泊洛沙姆407凝膠及bFGF-肝素-泊洛沙姆407-殼聚糖凝膠通過體內及體外藥效學實驗驗證，其增殖細胞及毛細血管數量的能力均顯著強于bFGF-泊洛沙姆407組，且該凝膠皮下移植進背部后作用可持續15 d，起到長效組織修復的作用。

YANG等[14]將bFGF及血管內皮生長因子(VEGF)165質粒DNA與肝素-泊洛沙姆407結合制成超分子納米凝膠，并將其注入人內皮祖細胞中，結果顯示該凝膠能在體外促進人內皮祖細胞增殖分化成內皮細胞，同時給下肢缺血小鼠模型肌內注射凝膠后，同樣促進了小鼠下肢血管的生成。 WU等[15]使用C57BL/6小鼠進行全層皮膚切除處理后分別將與肝素-泊洛沙姆結合的酸性成纖維細胞生長因子(a-fibroblast growth factor，aFGF)和bFGF在傷口上涂抹給藥。結果顯示肝素-泊洛沙姆結合的aFGF和bFGF均可促進小鼠傷口愈合，并促進血管的生成使組織再上皮化。但是介于aFGF和bFGF表面所帶電荷的不同，帶正電荷的bFGF與肝素-泊洛沙姆凝膠結合更強，導致其較aFGF更難釋放，治療作用稍差。

2.2.3脊髓修復靶向作用 肝素-泊洛沙姆407材料目前的研究熱點還集中在脊髓損傷的修復中。在現有治療脊髓損傷的方法中生長因子發揮著重要作用，可顯著促進神經的恢復。然而，因為其口服生物利用度低，停留時間短，且通過血脊髓屏障量小等問題也限制了其使用[16]。

將肝素-泊洛沙姆407凝膠與神經生長因子(nerve growth factor，NGF)及膠質源性神經營養因子(glial cell-derived neurotrophic factor，GDNF)結合后，運用體外PC12細胞測定NGF的細胞攝取率和細胞毒性，結果顯示在肝素-泊洛沙姆407中，NGF及GDNF具有完整的形態并發揮穩定的生物活性，肝素-泊洛沙姆407增強了NGF及GDNF細胞攝取率，對細胞幾乎無毒性[17-18]。為進一步探索其神經元修復作用，將NGF及GDNF-肝素-泊洛沙姆407凝膠在脊髓損傷大鼠中進行損傷部位的原位注射，結果顯示，NGF及GDNF-肝素-泊洛沙姆407組較之單純的NGF及GDNF組和肝素-泊洛沙姆407組更具有神經元功能及形態的修復作用，有效抑制了膠質瘢痕的形成和內質網誘導的細胞凋亡。同時GDNF-肝素-泊洛沙姆407凝膠在體外神經細胞損傷模型中也具有較好的細胞攝取率及細胞突觸修復作用，并具有劑量依賴性。以上實驗結果提示肝素-泊洛沙姆407作為載體可顯著發揮NGF及GDNF的治療作用。

WANG等[19]將肝素-泊洛沙姆407凝膠與aFGF結合，并對脊髓損傷大鼠進行原位注射，實驗結果表明相較于單純的NGF組和肝素-泊洛沙姆407組，NGF-肝素-泊洛沙姆407凝膠可顯著改善血腦脊髓屏障，減少神經細胞凋亡，促進髓鞘及軸突復原，減少因脊髓損傷造成的反應性膠質化現象，抑制炎癥細胞擴散及內質網通路破壞，促進運動功能恢復。另外，相比單純的泊洛沙姆凝膠，肝素的-SH鍵可增加凝膠與生長因子的結合率，同時具有緩釋作用。同時肝素-泊洛沙姆這種溫敏性凝膠還可在體溫時呈現液態，原位注射時能保護生長因子不被體內的酸、酶等物質破壞及熱滅活，同時不影響血管的生理功能。

目前對于治療脊髓損傷的研究熱點開始集中在細胞因子與一種非細胞脊髓骨架結合后，再加入肝素-泊洛沙姆407凝膠中，形成生物復合凝膠，該種凝膠較原先單純的生長因子-肝素-泊洛沙姆407凝膠釋放更為緩慢，更能有效集中于受損脊髓部位，達到長效的治療效果。XU等[20-21]將細胞因子纖維生長因子-2(fbroblast growth factor-2，FGF-2)及bFGF通過冷處理方式與脊髓非細胞基質或骨架結合后，再加入肝素-泊洛沙姆407形成FGF-2- dscECM-HP和bFGF-ASC-HP新型復合凝膠。該凝膠不僅具有肝素-泊洛沙姆407的溫敏特征和原有生長因子-肝素-泊洛沙姆407凝膠的神經元修復及抗氧化還原的作用，同時該種復合基質還為肝素-泊洛沙姆407提供了微小的儲存位點，使得生長因子能在體內儲存并且能夠更持久、集中釋放于脊髓損傷部位。肝素-泊洛沙姆407與多種生物基質結合形成的復合基質將是未來研究的熱點。

2.2.4宮腔靶向及緩釋治療作用 17β-雌二醇作為雌激素可有效提高子宮內膜修復作用，恢復子宮腔功能，但該藥生物利用度低，選擇性低，不僅限制了藥物的應用，也增加了血栓及惡性腫瘤發生的風險[22]。ZHANG等[23]將肝素-泊洛沙姆407作為載體與17β-雌二醇結合，不僅克服了17β-雌二醇溶液低生物利用度及低選擇性的缺點，同時釋放更為緩慢，起到緩釋作用。將17β-雌二醇-肝素-泊洛沙姆407注射進入右側宮腔部位，結果顯示該凝膠可顯著改善宮腔黏連大鼠的宮腔腺體數量及纖維化面積，通過發揮PI3K/Akt和ERK1/2通路作用達到靶向治療疾病的效果。

近年來，細胞因子對子宮損傷的修復作用也引起了廣泛關注。XU等[24]研究顯示，將角化細胞生長因子(keratinocyte growth factor，KGF)加入至肝素-泊洛沙姆407凝膠結合后進行子宮腔內注射，結果顯示該凝膠相較于單純細胞因子溶液更能緩慢集中釋放于受損的子宮內膜部位，KGF-肝素-泊洛沙姆407凝膠可通過促進子宮內膜腺管上皮細胞及子宮腔上皮細胞的增殖及自噬作用，促進子宮血管生成和受損子宮修復。兩者結合起到了增強藥效的作用。另外，該學者研究證實，將帶有負電荷的肝素-泊洛沙姆407與帶有正電荷的ε-聚賴氨酸(ε-polylysine)結合形成復合凝膠后與KGF結合，該復合凝膠較之單純的肝素-泊洛沙姆407凝膠具有更好的生物膜附著力，同時因為削弱了肝素-泊洛沙姆407的負電荷對生長因子的結合力，改變生長因子釋放速率，導致KGF釋放速率加快，能在凝膠黏附時迅速釋放藥物起到修復子宮內膜的作用[25]。

3 結束語

肝素-泊洛沙姆407是一種新型溫敏型高分子材料，研究者在多種實驗中探索該材料的用途，其中肝素-泊洛沙姆在血管外科吻合術中的應用成為研究的熱點，其溫敏特質和對斷口處的恢復作用將使之成為外科輔助治療的新手段。同時，作為藥用載體，肝素-泊洛沙姆可與多種生長因子、核糖核酸及激素結合，在維持治療劑量的同時，具有緩釋及靶向作用。現有實驗已報道了肝素-泊洛沙姆407材料具有較低的細胞毒性，未來可能對肝素-泊洛沙姆407材料的安全性及其與生長因子結合的制劑用于外科手術，及與其他材料結合形成復合制劑用于靶向治療疾病作進一步研究。