最新Nature系列综述：可注射生物材料

企业 2024-09-02 07:35 上海

可注射生物材料

可注射生物材料，包括块体材料和颗粒材料，可以以微创方式输送，并为目前需要手术的疾病提供替代治疗选择。然而，可注射性要求生物材料穿过窄入口装置，如针或导管，并在递送后仍能发挥其预期功能，如组织修复或细胞或药物的递送。因此，可注射生物材料面临着不同的设计考虑，从试验台到临床的转换过程中可能出现各种各样的需求。

最新综述

在本综述中，加州大学圣迭戈分校Karen L. Christman等人重点介绍了影响生物材料可注射性的参数，概述了可注射块体和颗粒材料的设计考虑因素，并检查了安全性和测试考虑因素。然后，作者讨论了可注射生物材料的不同输送途径和应用，包括皮下、神经组织、眼内、心内、肌肉内和血管内注射，以及骨科应用，重点介绍了临床批准的方法和有前景的临床前结果。此外，作者重点调查了与女性健康相关的可注射生物材料的应用，并对可注射生物技术的转化挑战和机遇进行了展望。相关工作以“Design and translation of injectable biomaterials”为题发表在Nature Reviews Bioengineering。

【文章要点】

一、影响材料可注射性的参数

设计可注射的生物材料需要全面了解临床应用，考虑注射方式、注射目标和注射过程的可接受持续时间。特别是，粘度、注射力、达到治疗效果所需的注射体积和注射装置的几何形状是重要且相互关联的参数，在设计可注射生物材料（图1）时需要考虑这些参数，并影响其转化潜力。更重要的是，特定和固有的材料特性会直接影响可注射性。也就是说，生物材料的可注射性不仅受材料特性的影响，还受注射条件的影响，包括溶液粘度（取决于材料浓度、材料分子量、温度、溶剂和离子强度）、注射速度、注射装置几何形状和注射材料的体积，以及颗粒和细胞相互作用。

图1 影响生物材料注射性的因素

二、可注射块体材料的设计考虑

块体生物材料可以被引入进入靶器官和组织，例如，为组织提供机械稳定性，增强或修复受损组织，为细胞渗透提供支架，或局部输送有效载荷，如细胞或药物。可注射的块状生物材料通常会经历某种形式的相变，以确保注射的适当粘度，并在注射后保持其形状。可注射的散装材料通常根据成分分为两类：水泥和水凝胶。水泥主要由原位硬化材料组成，通常是聚合物或无机材料，而水凝胶是亲水性聚合物网络，可以截留水，水通常占材料质量的大部分。此外，已经设计出可注射的形状记忆生物材料，其在注射前是固体的，但在注射前后会发生变形和愈合（图2）。注射后液体到固体的转变（即，在水泥的情况下固化，在水凝胶的情况下凝胶化）及其转变动力学会影响注射性和生物材料的功效。注射后，材料应迅速固化，以尽量减少注射部位的扩散，避免沿针道回流；然而，过快的固化可能会堵塞注射器、针头或导管，阻碍进一步注射。如果注射部位保持稳定，几分钟的注射时间是可以接受的。相比之下，在动态环境中的注射，如动脉内注射，需要快速的液体到固体的转变，这可以通过剪切稀化材料来实现，这些材料在应力消失时会迅速重新凝胶化。

图2 评估生物材料的注射性

三、可注射颗粒生物材料的设计考虑

可注射颗粒生物材料则使用微粒或纳米粒子（直径<100 nm）设计，这些微粒或纳米粒子可以穿过注射针（图3）。长期以来，由于增强的渗透性保留（EPR）效应，血管内给药的纳米颗粒一直被认为会积聚在血管系统泄漏和不成熟的组织中，如肿瘤中；然而，穿过内皮的主动转运机制可能是肿瘤定位的主要方法。此外，纳米颗粒的表面可以用结合或靶向配体进行修饰，或者可以掺入肽进行酶介导的聚集和定位。抗原修饰可以促进免疫细胞对纳米颗粒的摄取，以调节免疫系统。此外，可以调节纳米粒子的ζ电位，以促进细胞摄取并调节蛋白质相互作用。纳米粒子的尺寸和纵横比也会影响它们的细胞摄取，决定纳米粒子如何与细胞表面相互作用，具有高表面积与体积比的纳米粒子更容易进入细胞。此外，纳米粒子表面的性质影响其生物相容性和细胞内化。因此，可能需要对表面进行改性，以避免纳米颗粒聚集，从而阻碍注射。重要的是，纳米颗粒上的蛋白质吸附可能会改变纳米颗粒的定位和纳米颗粒与细胞的相互作用，这可以通过设计亲水性纳米颗粒来解决。

图3 可注射生物材料

四、可注射生物材料的安全性考虑和试验

研究必须表征可注射材料与宿主的相互作用，包括材料的降解（降解速率和降解产物）和生物相容性，也包括对生物材料以及可提取物和降解产物的体外和体内测试。例如，可以研究细胞毒性、溶血、凝血时间、补体激活、遗传毒性、致敏性（豚鼠最大化试验）、刺激性（家兔皮内）、全身毒性（小鼠腹腔内和家兔热原）和植入（家兔肌肉内）。

五、递送路径及其应用

生物材料的递送、位置和分布因给药途径和应用而异。本文专注于内部递送的生物材料（图4），并重点介绍在患者中使用的可注射生物材料，在临床试验中进行评估，或显示有前景的临床前数据，重点是大型动物研究。

图4 注射路径

六、可注射生物材料在女性健康方面的应用

最后，本文还介绍了注射疗法用于妇女健康应用，重点介绍了可注射生物材料在子宫内膜异位症、怀孕期间在子宫内注射、肌内注射治疗盆底疾病、阴道内递送等方面的应用。

【结论与展望】

由于其复杂性，生物活性可注射生物材料和含有生物制剂的生物材料可能会在生产规模扩大、灭菌和储存方面带来额外的挑战。同样，全新可注射生物材料的临床转化可能需要延长研究和开发时间，包括新的制造工艺，但无论生物材料是否已用于批准的产品，所有新产品仍需要进行安全性和生物相容性测试。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s44222-024-00213-1

来源：BioMed科技

“药物递送”系列精彩推荐

加微信交流群/商务/媒体合作/转载授权，扫下方二维码

药物递送技术文献共享QQ群，扫下方二维码

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkxNTI0NDI1NQ==&mid=2247536125&idx=2&sn=a8128adff4a97a696b6a0efb7073ca02

药物递送

专注药物递送技术和高端制剂，分享相关知识，做一个有态度、有温度、有深度的科普号，愿分享的内容对你有所帮助。

最新文章

羟考酮改良型新药发展历史简介

ACS Nano：高通量体内筛选鉴定不同给药途径对mRNA脂质纳米颗粒免疫细胞递送的差异影响

Moderna副总裁谈联合疫苗的未来

大涨近10%！康方生物双抗一线治疗NSCLC击败K药！

技术详解国内已上市复杂注射剂-脂质体篇

蛋白脂质载体（PLV）：超越AAV和LNP的全新核酸递送平台

医药一哥的“高仿大杀器”，来了！

今年国谈要来了！19日开企业沟通会

石药中诺注射用两性霉素B脂质体国内首仿上市

7款国产创新药，进医保后销售额均超10亿

石药注射用多西他赛（白蛋白结合型）开展一项Ⅲ期临床研究

聊聊恒瑞最近几件事

100亿大单品夭折之谜

银发经济，对医药研发立项有什么启发

诺奖团队|抗体偶联LNP(Ab-LNP)靶向递送研究汇总

一年只需两针，近100%有效！吉利德长效HIV疗法有望明年上市

因“朗迪钙”风波，振东制药被索赔超14亿元

HPV疫苗卖不动了

脂质体制备中 CMA 和 CPP 的识别以及如何链接到 CQA

TFF - 薄膜冷冻干燥技术制备可吸入干粉颗粒

传奇生物2024年中期业绩报告及管线更新

2024年首家药企！科创板上市！

如何确定改良型新药的临床定位？

孙飘扬复出三年，恒瑞医药王者归来

说说百济研发的派系

如何评估改良型新药的市场前景

止痛新药VX-548已提交上市申请，破局阿片难题

大型制药公司生存法则：研发成本与商业回报分析

国内最大的紫杉烷类化合物生产基地，竟是福建小县城

布比卡因长效制剂的改良之路简介

石药集团成为阿瑞匹坦脂肪乳注射液第3家

恒瑞员工持股计划，人均收益20万元

楚天科技高管，被公安机关刑事拘留

技术详解国内已上市复杂注射剂（上）

技术详解国内已上市复杂注射剂（中）

技术详解国内已上市复杂注射剂（下）

LNP：mRNA疗法背后的关键推手

智飞生物，打响肺炎疫苗“内卷”第一枪

纳米颗粒药物为何效果不佳？宫宁强等揭示肿瘤会产生外泌体抵抗纳米颗粒药物递送，并提出解决方案

沙美特罗：20亿大品种，竞争格局为“1+1”

石药，要造一辆劳斯莱斯

2024 Q2全球肿瘤药销售额TOP10

重磅！原信达生物总裁刘勇军履新石药集团

投入超7亿！恒瑞医药再次提交1类新药“硫酸艾玛昔替尼片”上市申请

mRNA疫苗突破：一个划时代的里程碑

抗肿瘤药物创新皮下制剂临床应用的药事服务专家共识

得益于 “眼科神药”获批！兴齐眼药上半年营收近9亿，大增30%

绿叶制药发布2024年中期业绩：净利劲增201%，5款新药密集获批

赋能药物递送技术，全球脂质创新品牌为科研工作者全新升级

原研注射用紫杉醇（白蛋白结合型）在中国再次上市

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉