《Biomaterials Advances》：An antagomiR-loaded β-peptide hydrogel promotes functional recovery in mice post-ischaemic stroke
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β-肽水凝胶通过局部递送miR-181a抗agomir实现中风神经功能恢复，具有剪切稀化、自修复特性，能维持3周稳定释放，显著改善小鼠运动协调功能。
陈一凯|凯塔夫·库尔卡尼|玛丽-伊莎贝尔·阿吉拉尔|布拉德·布劳顿|马克·德尔·博尔戈
莫纳什大学药理学系，澳大利亚维多利亚州克莱顿，3800
摘要
缺血性中风是导致死亡和残疾的主要原因之一，其发生是由于脑部血流中断以及随后的神经元死亡。microRNA（特别是miR-181a）因在调节细胞凋亡和氧化应激中的作用而成为有前景的治疗靶点。虽然使用拮抗剂抑制miR-181a可以提高神经元存活率，但由于其在血脑屏障上的传递效率低下和药代动力学特性不佳，这一技术难以应用于临床实践。在这里，我们开发了一系列新型β-肽水凝胶作为注射给药系统，以可控的方式在梗死区域释放miR-181a拮抗剂。这些β-肽通过引入不同的β-同赖氨酸残基来调节与核酸的静电相互作用。所得水凝胶具有剪切变稀和自修复性能，硬度值处于脑组织的生理范围内，并且能够实现长达3周的可调节核酸释放曲线。在小鼠中通过光血栓形成诱导中风后，注射含有拮抗剂的水凝胶能够精确地将药物递送到梗死部位，并持续作用至少7天。尽管梗死体积减小幅度有限，但与对照组相比，水凝胶-拮抗剂组在悬挂线测试中的运动协调能力显著改善，表明其具有促进功能恢复的作用。这些发现表明β-肽水凝胶是用于局部、持续释放核酸治疗剂的理想平台。本研究为水凝胶介导的miRNA在中风治疗中的应用提供了概念验证，并为进一步的临床相关模型优化奠定了基础。
引言
缺血性中风是一种致残性疾病，由脑部血流突然中断引起，导致周围脑区神经元不可逆死亡。最近发现几种miRNA可以通过调节基因表达有效减轻中风的影响并恢复功能[1]、[2]、[3]。有研究表明，脑损伤程度与miR-181a水平升高有关，而在中脑动脉阻塞（MCAO）中风前一天给予miR-181a拮抗剂可以防止中风引起的损伤[4]。此外，miR-181a水平降低与葡萄糖缺乏条件下星形胶质细胞的氧化应激减轻相关[5]。已验证的miR-181a靶点包括内质网应激蛋白GRP78[4]以及三种抗凋亡蛋白BCL-2、MCL-1和XIAP[6]。虽然有证据表明预先使用抗miR-181a可以预防急性中风，但术后治疗也被证明能显著减小中风梗死体积、减少浸润的白细胞数量并改善啮齿动物中风模型的行为结果[7]。因此，下调miR-181a可以增加神经元和星形胶质细胞的存活率，从而成为缺血性中风的潜在治疗靶点。然而，这些研究采用静脉或脑内给药方式，但由于核酸难以穿越血脑屏障、存在显著的脱靶效应以及较差的药代动力学特性，其应用受到限制[8]、[9]、[10]。
近年来，生物材料在药物递送中的应用迅速增加，包括糖类、蛋白质和肽等多种材料。事实上，已经开发出许多用于定制miRNA释放的水凝胶，这些研究最近得到了详细综述[11]。在所有天然来源的生物材料中，由自组装肽构成的剪切变稀水凝胶因其良好的生物相容性和简单的功能调控合成策略而具有巨大潜力。过去十年左右，基于肽的材料在组织工程中得到广泛应用，因为它们可作为生物相容且可功能化的三维支架，为目标区域提供直接和持续的递送机制[12]。此外，一些基于肽的系统已被改造以用于递送miRNA[13]。此前，我们团队开发了一类仅由β3-氨基酸组成的肽水凝胶，这类肽比α-氨基酸衍生物具有额外的碳原子，因此更具抗蛋白水解稳定性，适用于长期体内应用。此外，β-肽的序列独立头尾自组装特性使其能够携带特定修饰基团而不影响纤维形成[14]、[15]、[16]。许多β-三肽单体可以组合成具有可调功能的水凝胶，且不会丧失自组装能力[17]、[18]、[19]。因此，可以通过调整肽单体组成来实现miRNA的缓慢释放。在本研究中，我们将带正电荷的β-同赖氨酸引入β-肽中，以增强其与带负电荷miRNA之间的静电相互作用，并通过脑内注射将这种水凝胶直接递送到梗死区域。我们假设肽水凝胶能够保护miRNA并提高其治疗效果，从而改善中风结局。
方法与材料
所有方法和材料详见支持信息。
结果与讨论
通过高效液相色谱（HPLC）和质谱（MS）合成了四种自组装肽，并对其进行了纯化，具体信息见表1。HPLC结果显示所有肽的纯度均高于98%。负离子模式质谱显示C14KA（m/z [?] 596.3）、C14KK（m/z [2-] 653.6）、C14AKK（m/z [?] 1296.1、m/z [2-] 648.9、m/z [3-] 446.6的质荷比正确。所有肽的详细特性见支持信息。
为了评估新设计的水凝胶的……
结论
总之，我们开发了新型β-肽组成，这些肽能够自组装成可注射的水凝胶，并随时间释放核酸以用于中风的治疗干预。这一方法已在小鼠的缺血模型中得到验证，显示出显著的功能恢复效果。这为进一步评估miRNA拮抗剂在中风治疗中的应用开辟了新的途径。
作者贡献声明
陈一凯：撰写、审稿与编辑、方法学研究、数据分析。凯塔夫·库尔卡尼：撰写、审稿与编辑、方法学研究、数据分析。玛丽-伊莎贝尔·阿吉拉尔：撰写、审稿与编辑、监督工作、资源协调。布拉德·布劳顿：撰写、审稿与编辑、监督工作、资源协调、数据分析。马克·德尔·博尔戈：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、监督工作、资源协调、项目管理、数据分析、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
陈一凯获得了莫纳什研究生奖学金（MGS）的支持。
