研究人员开发了一种新型的、对患者友好的水凝胶平台，用于管理救生生物制剂

生物制剂是一类源自生物体的疗法，为患者对抗具有挑战性的疾病和失调提供了巨大的优势。基于生物制剂的治疗方法可以增强免疫系统以阻止感染的攻击，或针对特定的途径来阻止肿瘤的形成。

麻省理工学院化学工程系(ChemE)的博士后阿米尔·埃尔法尼(Amir Erfani)说:“这些在过去20年才出现的药物具有神奇的作用。”“它们可以拯救全世界数百万人的生命。”

但生物制剂无与伦比的功效是有代价的。它们很难管理，通常需要在诊所进行耗时的静脉注射。无论患者是否与危及生命或终身的疾病作斗争，每隔几周就要离开家几个小时的前景都是极其令人生畏的。

现在，麻省理工学院团队与默克制药公司合作的新工作为克服管理生物制剂的困难提出了一种实用的解决方案。在最近发表于先进医疗材料，这些研究人员描述了一种水凝胶平台，用于通过皮下注射递送单克隆抗体(单克隆抗体是一种生物抗体)。

Erfani是这篇论文的主要作者。合著者包括Jeremy M. Schieferstein，他在研究时是ChemE的博士后，现在是Elektrofi的高级科学家;Apoorv Shanker, ChemE博士后;研究所教授、ChemE负责人Paula Hammond;Robert T. Haslam(1911)化学工程教授Patrick S. Doyle，以及默克公司的研究人员。

“这是一个重要的里程碑，”Doyle说。“我们正在改变下一代的治疗方法单克隆抗体以及其他类型的治疗方法。”

更高的考试抗体

不像大多数传统药物都是由化学成分组成的小分子在美国，生物制品是由蛋白质、糖和DNA片段组成的杂乱无序的链，它们是从生物来源进行基因工程的。这些巨大的有机分子不适合合成药丸或注射悬浮液中那种整齐、密集的包装。

以埃尔法尼和多伊尔重点研究的单克隆抗体为例，它被称为派姆单抗(pembrolizumab)，简称派姆单抗(pembro)。这种独特的抗体结合到与介导对肿瘤细胞的免疫反应相关的受体上，并用于一系列有时难以治疗的癌症。Pembro通常以稀释溶液静脉注射数小时，以达到有效的浓度。(默克公司已经为这种药物的配方申请了专利，命名为Keytruda。)

道尔说:“当你试图浓缩现有的配方时，分子的粘度会急剧增长。”“在临界点他们几乎开始互相感觉，并相互作用成为一种糊状物。”挤在一起，pembro分子变得不稳定，改变了它们的结构，破坏了它们的治疗特性。

因此，多伊尔的软物质工程小组的研究人员开始创造一种pembro，它可以以足够高的浓度注射，以达到有效的效果，但体积又足够小，可以在皮肤下舒适快速地给药(大多数患者和临床医生的第二选择，仅次于吞下一粒药丸)。在流动，微流体和药物配方方面的专业知识，实验室为挑战做好了准备。

顺其自然

Erfani说:“这种单克隆抗体非常粘稠和细腻，我们需要找到一些方法让它的分子在注射器内自由移动。”道尔说:“我们的想法是使用水凝胶颗粒，这种颗粒是由糖基亲水生物聚合物制成的，它能提供一个很好的环境，让蛋白质非常高兴。”“我们把它们用于其他用途，我知道如果我们能把它们做得足够小，它们就可以穿过针而不堵塞针。”

研究人员从毒性文献中得知，他们的水凝胶胶囊具有生物相容性，在注射器中也能正常工作。Erfani说:“水凝胶颗粒是挤压的，可以相互滚动，实际上是流动的。”在一到两毫米的皮下注射中加入合适密度的胚泡分子，看起来是一帆风顺的。但是，就像工程领域的很多事情一样，细节才是真正的魔鬼。

道尔说:“在制造过程中保持抗体完整，然后确保它在皮肤下适当分散时具有生物有效性，这是很棘手的。”与软水凝胶胶囊相结合的pembro的精确配方的任何偏离都可能使MAB无效，或更糟。

在持续近五年的一系列实验中，多伊尔的实验室试图实现特征的恰到好处的平衡。他们的研究依赖于一种自制的设备，该设备首先将生物聚合物溶液和彭布罗晶体一起喷射到空气中，然后将它们喷射到浴缸中，在那里它们融合成珠子。

“我们在设计空间中测试了许多变量，”Erfani说，包括不同浓度的pembro，以及聚合物溶液的组成和pH值。“我们的目标不仅仅是在我们的实验室里开发一种药物，而是开发一种可以很容易地适应药物制造的过程。”

Erfani拥有开发稳定晶体结构的MAB类型的行业背景，帮助推动团队走到了终点线。道尔说:“他不仅把所有的物理化学都带入了这个过程，而且他想出了实验设计以及如何执行。”

广阔的平台

研究人员现在正在对他们的pemembro配方进行体内试验，目标是在未来几年内获得美国食品和药物管理局的批准。但Doyle和他的团队对他们发明的水凝胶平台有更广泛的目标。他说:“我们相信这个平台不受单克隆抗体的影响，这意味着我们可以将许多不同的分子配制成合适的浓度和流动性。”“这是件大事。”

多伊尔设想的可能性之一是在注射后几周内缓慢、持续地释放含有单抗的水凝胶颗粒。该平台可以容纳其他类型的分子，如细胞因子，以放大免疫反应，或针对特定的癌症途径。水凝胶还可以结合两种增强彼此特性的药物。

Erfani指出了该平台的潜在社会影响。他说:“我们的技术有可能通过减少患者对医院的依赖来改善治疗的可及性。”他指出，用更少的单次注射取代静脉注射将为更多的患者腾出在诊所的时间，鼓励更大的依从性，甚至降低药物的价格。也许有一天人们可以在家里自己注射。

Erfani特别感兴趣的是将更多的药物转移到这个平台上，包括一些在开发早期死亡的药物。他说:“有些制药公司放弃了，因为它们的配方浓度不够高。”“重新利用一种救命药物并将其推向市场，这不是非常令人兴奋吗?”

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