感應 pH 值、溫度來投放藥物!水凝膠抗癌潛力大!

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不少癌症療法源自於細菌與病毒,但由於它們在進入人體後容易快速降解或失去活性,所以選擇合適的傳遞方式相當重要;其中,一種高分子聚合物水凝膠(hydrogel)因為有 3D 結構、含有大量水份且可對外界刺激物產生反應,所以近年來受到科學家關注,成為傳遞抗癌藥物的潛在載體。

水凝膠的應用挑戰?

水凝膠能對環境的 pH 值或溫度產生反應,所以只要模擬腫瘤微環境的情形,就可精準控制藥物釋放的時機與位點。然而,要同時對多種外界刺激做出反應,再兼顧降解功能十分困難,所以水凝膠仍只能對單一要素僅行反應,使其在癌症治療上有所侷限。

日前,由東京理科大學教授 Akihiko Kikuchi 所帶領的團隊發表研究指出,透過組合乙二醇(ethylene glycol)、二氧化丙烯醚(diglycidyl ether)與胱胺(cystamine),成功開發出能對腫瘤微環境多項因素進行反應與降解的水凝膠。這不僅能讓醫生精準下藥,也可作為腫瘤切除手術後清理殘留癌細胞的工具,該物質也能快速代謝出人體,推動癌症精準醫學的進程。相關研究刊登於《Journal of Controlled Release》。

新型水凝膠的 5 大特色

新型水凝膠的特性大約有 5 點。首先,腫瘤微環境因醣解作用(glycolysis),其 pH 值莫約 5.5 至 6.5 之間,而新型水凝膠因擁有三級結構的胺基酸,所以可對特定 pH 值做出反應;再來,它也具備低溫膨脹,感應到體溫時縮小的特性。第三,水凝膠會因雙硫鍵(disulfide bonds)破裂,變成分子重量的水溶性寡聚物(water-soluble oligomer),所以更容易排泄出人體,較不會殘留。

第四,研究團隊在進行功效檢測時也發現,水凝膠的藥物載量可藉由調整溫度改變聚合物網路(polymer network)來個人化,而靜電交互作用(electrostatic interaction)與結構也可確保藥物在傳遞過程中不受水凝膠膨脹、縮小干擾。最後,水凝膠釋放藥物的時機只會在接近符合腫瘤微環境的狀態時,可做到氧化還原反應(redox responsive),所以能達到精準投藥。

臨床應用潛力大

該水凝膠將能提供醫生一種個人化藥物傳遞的新方式,正如 Kikuchi 教授所說的:「水凝膠也可望在腫瘤切除手術後在特定位置消滅殘留癌細胞,使其成為更強大的治療工具」。

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參考資料:
1. Journal of Controlled Release, 2021; 331: 1 DOI: 10.1016/j.jconrel.2021.01.011
2. https://www.tus.ac.jp/en/mediarelations/archive/20210406_1912.html

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