一种可植入式压电聚合物纳米纤维，可在机械力作用下控制药物的释放量

据麦姆斯咨询报道，美国加州大学河滨分校（UC Riverside）生物工程专业的一支研究团队开发了一种的新系统，利用通常用于血管缝合的聚合物材料制成一种膜，可以装载治疗药物并植入体内，利用压电效应通过机械力激发聚合物的电位来缓慢释放药物。该研究成果已发表于Applied Bio Materials杂志。这项研究克服了传统药物管理和控释方法的局限性，有望改善癌症及其它慢性疾病的治疗。

一种可植入式压电聚合物纳米纤维，可在机械力作用下控制药物的释放量

传统给药的缺点包括重复给药、体内非特异性生物分布、无法提供长期持续性以及细胞毒性高等，这些对慢性疾病的有效治疗提出了挑战。慢性疾病的给药需要随着时间的推移优化药物剂量，已达到最佳的治疗效果。目前，大多数药物控释方法是将药物封装在可生物降解的气泡状容器中，随着时间的推移，这些容器会溶解以释放药物。这种方法很难准确地按时控制给药。另外，其它涉及电池供电的给药方式则存在生物相容性问题。

加州大学河滨分校Marlan and Rosemary Bourns工程学院的生物工程副教授Jin Nam的实验室，一直从事研究利用生物相容性聚合物构建干细胞修复组织和器官的支架结构。其中，一种被称为聚偏氟乙烯-三氟乙烯（P（VDF-TrFE））的压电聚合物，可以在机械应力下产生电荷。Jin Nam意识到这种材料的压电特性，有潜力成为药物释放系统的候选材料。

Jin Nam及其团队采用一种静电纺丝技术来制造P（VDF-TrFE）纳米纤维，并将其铺设在一层薄垫上。通过静电纺丝技术在纳米尺度上构建材料，可以优化纳米纤维的灵敏度，从而使药物递送系统能够对生理安全的机械力作出响应，同时对人体的日常活动不敏感。此外，这种纳米纤维的大比表面积使其能够吸附相对更大量的药物分子。

将制得的这种薄膜嵌入模拟活体组织的水凝胶后，利用治疗性冲击波进行的一系列测试可以产生足够的电荷，以将静电附着的模型药物分子释放到周围的凝胶中。研究人员可以通过改变施加的力和持续时间来调整药物释放量。

Nam说：“这种基于压电纳米纤维的给药系统能够按需局部输送药物分子，这对于癌症治疗等需要长期、反复给药的疾病非常有用。并且，这种纳米纤维结构的大表面积与体积比可以获得更大的载药量，从而使单次注射或植入，相比传统给药提供更长的作用时间。”

另一方面，传统基于降解或扩散释放的给药系统往往初期显示出爆发释放，然后表现出不同的释放速率，而基于压电系统的药物释放具有线性分布的特性，可以实现更精确的给药，且无需考虑植入时间的长短。重复的按需药物释放试验显示，这种压电给药系统每次激活的药物释放量相近，证实了释放速率的可靠控制。

其药物释放动力学的灵敏度可以通过控制纳米纤维的尺寸来调节，使其落在治疗性冲击波可激发的范围内。这种治疗目的的冲击波通常用于肌肉疼痛治疗的手持式器械。尺寸更小、更灵敏的纳米纤维可以用于深层组织的植入，例如肌肉下方的骨骼附近，而不太敏感的更大尺寸纳米纤维可以用于皮下应用，以避免意外撞击造成的误激发。

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