2024年12月12日，《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）杂志在线发表了华中科技大学生命科学与技术学院、国家纳米药物工程技术研究中心李威教授团队与合作团队在药物递送领域的最新研究成果——“通过动力学调控乳液固化大幅提升高分子微球的载药量”（原文标题：Polymeric microspheres with high mass fraction of therapeutics enabled by the manipulation of kinetics factor during emulsion droplet solidification）。该研究基于微流控平台，创新性地引入动力学因素，提出通过优化高分子结晶性能来提高载药量的新策略，成功突破了传统制备方法的瓶颈，为高效药物递送开辟了新路径。

   背景与挑战：高载药微球制备瓶颈

   高分子微球因其良好的生物相容性、可降解性和药物控释性能，被广泛应用于药物递送领域。然而，如何大幅提高微球的药物负载量（载药量）一直是困扰学术界和产业界的难点问题。高载药微球不仅可以大幅减少辅料用量，降低或避免毒副作用，还能减少注射量及频次，从而改善患者的治疗体验，特别是在关节内、鞘内或颅内等注射体积有限的场景中显得尤为重要。

   多往的研究主要关注药物与载体材料间的热力学相容性，如分子间的结合能、材料相容性等。然而，即便在相同材料与药物组合下，不同制备方法的载药量仍然存在显著差异。这表明，仅依赖热力学理论无法全面解释药物的负载过程。因此，深入挖掘载药高分子微球制备过程中的关键影响因素，成为解决这一问题的突破口。

   解决策略：从动力学视角优化药物负载

   李威教授团队利用微流控平台，在单液滴层面，对乳液固化过程中的动力学因素展开研究，揭示了高分子结晶性能对药物扩散及负载具有显著影响。研究发现，在乳液固化过程中，结晶性高分子会因部分链段结晶而降低乳滴内局部区域的载体浓度，加速药物的扩散损失，导致载药量较低；而无定形高分子则因在乳滴内均匀的分布维持了较高的载体浓度，有效阻止了药物的外泄，从而显著提升了载药量。

   基于这一发现，研究团队利用随机共聚策略，预测了一种兼具生物相容性和高药物负载性能的无定形高分子（PCL-PLLA）。实验结果显示，相较于传统的结晶性高分子PCL和PLLA，PCL-PLLA微球把多种药物的负载量提高了6.2-22.2倍，最高可达约50 wt%。

   这一设计不仅在制备高载药微球方面展现出巨大潜力，更在疾病治疗中表现出卓越效果。在痛风性关节炎的小鼠模型中，研究团队发现，负载非甾体抗炎药（NSAID）的PCL-PLLA微球能够显著抑制炎症因子表达，有效降低关节肿胀。与直接药物注射相比，PCL-PLLA微球不仅提高了药物在关节内的滞留时间，还有效减轻了药物多次注射可能带来的感染风险，为改善治疗体验提供了新方案。

   值得注意的是，高载药的优势在局部注射治疗中尤为突出。在注射体积有限的情况下，传统载体因载药量低，无法满足高效治疗的需求；而PCL-PLLA微球可通过一次性注射，递送足量药物，同时避免了因载体浓度过高导致的注射困难。

   未来展望：推动技术转化，优化患者治疗

   该研究不仅是从理论上揭示了动力学因素对药物包载的关键作用，更为高效、安全的生物医用材料设计提供了新思路。无定形高分子的成功应用表明，通过调控制备过程中的动力学因素，能够实现药物负载量和释放性能的双向优化，为未来开发高性能药物递送系统提供了基础。

   科研团队与支持

   该研究由李威教授团队与赫尔辛基大学和格罗宁根大学的研究者共同完成。博士生魏振阳为该论文的第一作者，李威教授为该论文的唯一通讯作者。该研究得到了国家高层次青年人才计划等项目的资助。

   论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202417307