《Drug Delivery and Translational Research》：Comparative study of thiolated and alkenylated functionalized β-CDs as highly mucopenetrating and mucoadhesive drug delivery systems
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为了解决黏膜给药系统中因制剂停留时间短导致药物生物利用度低的问题，研究人员系统性地合成了半胱氨酸、巯基乙胺、烯丙基氨基甲酸酯及甲基丙烯酸酯功能化的β-环糊精(β-CD)衍生物，并对其黏液黏附、黏液扩散等性质进行了全面的比较与评估。研究结果表明，硫基化β-环衍生物展现出卓越的黏膜黏附性，其关键源于能与黏蛋白形成稳定的二硫键，而烯基化衍生物则表现出更优异的溶液稳定性，这为针对不同生理环境（如氧化性或还原性）设计多功能辅料提供了重要的实验依据和策略选择，对推动高效口服及黏膜给药系统的发展具有显著意义。
口服药物或眼部、鼻腔给药的药效，常常因为一个“守门员”而大打折扣——那就是覆盖在人体黏膜表面的一层黏稠的黏液。这层黏液本是保护组织的屏障，但对于药物递送而言，它却是一道需要克服的难关：药物制剂容易在短时间内被黏液更新或身体活动（如吞咽、眨眼）迅速清除，导致在吸收部位停留时间太短，药物来不及被充分吸收，生物利用度自然低下。为了延长制剂在黏膜上的“驻留时间”，提高药效，科学家们将目光投向了“黏液黏附”材料。这类材料能像“分子魔术贴”一样，通过与黏液中的成分（主要是黏蛋白）相互作用，紧紧抓住黏膜表面。其中，能够与黏蛋白上的半胱氨酸残基形成共价键（如二硫键）的材料，因其结合更牢固而备受关注。功能化的环糊精，尤其是β-环糊精(β-CD)，因其良好的水溶性、生物相容性和易于修饰的特性，成为构建此类递送系统的理想骨架。目前，虽有研究分别探索硫基化或带双键的烯基化聚合物的黏液黏附性能，但将这两类基于不同共价键合机制（二硫键 vs. 硫醚键）的功能化β-环糊精进行系统比较的研究尚属空白。这项发表于《Drug Delivery and Translational Research》的研究，正是为了填补这一空白，旨在阐明不同功能基团（硫基与烯基）对β-环糊精的黏膜渗透与黏附行为的影响，为理性设计下一代高效黏膜给药辅料提供关键数据。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法来系统评估这些功能化β-环糊精衍生物：首先，通过两步法合成及1H NMR谱学验证了半胱氨酸、巯基乙胺、烯丙基氨基甲酸酯及甲基丙烯酸酯四种β-环糊精衍生物的结构；其次，利用Ellman法、二硫键测试和碘量法分别定量了衍生物中游离硫基和双键的含量，并评估了其在生理缓冲液(pH 8, 37°C)中的稳定性；接着，通过Caco-2细胞系的刃天青(resazurin)实验评估了衍生物的细胞毒性；然后，采用旋转流变仪研究了衍生物与纯化的猪小肠黏液混合后的流变学性质（动态粘度、储能模量G'、损耗模量G''），以评估其与黏液的相互作用强度；此外，利用荧光标记结合“旋转管法”，定量测定了衍生物在猪小肠黏液中的扩散（渗透）能力；最后，通过离体猪肠黏膜黏附实验，直观测量了不同衍生物在持续冲洗条件下在黏膜表面的驻留率。
化学表征
研究成功合成了四种功能化β-环糊精衍生物。核磁共振氢谱(1H NMR)证实了各目标结构的形成。定量分析显示，硫基化衍生物（β-CD-Cys和β-CD-Cya）具有较高的游离硫基含量，且二硫键含量较低（≤10%），这有利于发挥黏附作用。烯基化衍生物（β-CD-allyl和β-CD-MAC）则具有与硫基化衍生物相似甚至略高的取代度(DS)。其中，高取代度的烯丙基氨基甲酸酯β-CD (β-CD-allyl h-DS)和甲基丙烯酸酯β-CD (β-CD-MAC)的溶解性良好。
硫基和双键含量的稳定性研究
稳定性实验表明，在37°C、pH 8的磷酸盐缓冲液中孵育4小时后，硫基化β-CD的游离硫基含量显著下降，表明其易被氧化形成二硫键。相比之下，烯基化β-CD的双键含量在相同条件下没有发生统计学上的显著变化，显示出更高的稳定性。
细胞毒性评估
细胞毒性实验（孵育4小时）证实，所有衍生物在测试浓度范围内（0.05%-0.2% w/v）对Caco-2细胞均无毒性（细胞活力 >80%）。然而，延长孵育时间至24小时后，β-CD-半胱氨酸在0.1%和0.2%浓度下表现出毒性，这可能与其较高的细胞摄取率有关，而天然β-CD及其他衍生物在24小时后仍保持良好生物相容性。
与黏液的流变学研究
流变学测量揭示了衍生物与黏液混合后的相互作用。所有样品均表现为粘弹性固体（G' > G''）。与天然β-CD相比，硫基化衍生物与黏液混合后的动态粘度增加了1.6至2.1倍，表明其与黏液基质形成了交联。值得注意的是，高取代度的β-CD-allyl h-DS表现最为突出，其动态粘度比天然β-CD增加了15倍，储能模量(G')和损耗模量(G'')也分别显著提升，显示了最强的相互作用。而具有相似取代度的β-CD-MAC，其动态粘度却相对较低。
体外黏液渗透研究
“旋转管法”黏液渗透实验评估了衍生物在黏液中的扩散能力。天然β-CD可以自由扩散。在硫基化衍生物中，β-CD-半胱氨酸表现出最佳的黏液穿透能力，在24小时内能在5厘米长的黏液管末端检测到超过2.4%的施加量，这归因于其带有的羧基产生的微弱负电性，与带负电的黏液产生静电排斥，从而减少了相互作用。在烯基化衍生物中，β-CD-MAC展现了最高的渗透能力，这与其较低的动态粘度相关，而高粘度的β-CD-allyl h-DS则扩散受限。
离体黏膜黏附研究
离体猪肠黏膜黏附实验是评估驻留能力的关键。结果显示，硫基化β-CD衍生物表现出卓越的黏膜黏附性。在持续冲洗180分钟后，仍有超过97%的硫基化β-CD样品保留在黏膜组织上。相比之下，天然β-CD在60分钟内即被完全清除。对于烯基化衍生物，其黏附性能高度依赖于取代度。低取代度的β-CD-allyl l-DS在3小时内被完全冲洗掉，而高取代度的β-CD-allyl h-DS则表现出更长的驻留时间。尽管β-CD-MAC的流变学相互作用较弱，但其良好的黏液渗透能力可能使其能深入黏液层内部形成共价键，因此也表现出一定的黏附性，但仍不及硫基化衍生物。
结论与讨论
本研究系统比较了硫基化与烯基化β-环糊精作为黏膜给药辅料的性能。核心结论呈现出一种有趣的“权衡”：硫基化β-CD（尤其是β-CD-半胱氨酸）凭借其与黏蛋白形成强共价二硫键的能力，展现出无与伦比的黏膜黏附力，能在长达3小时的冲洗中保持近乎完全的驻留，是延长药物在吸收部位停留时间、提高生物利用度的理想选择。然而，其游离硫基在生理流体中容易被氧化，稳定性较差。相反，烯基化β-CD（特别是β-CD-allyl h-DS和β-CD-MAC）虽然整体黏附力较弱，但其双键官能团在溶液中极为稳定，且通过提高取代度可以显著增强其黏附性能。此外，β-CD-半胱氨酸和β-CD-MAC还表现出较好的黏液穿透能力，这对于需要药物载体深入黏液屏障的给药场景尤为有利。
这项研究的重要意义在于，它首次在同一研究体系内直接对比了基于不同共价键合机制（二硫键与硫醚键）的功能化环糊精，清晰地揭示了它们各自的优势与短板。这为未来药物递送系统的设计提供了精确的“功能图谱”。研究者可以根据目标给药部位的环境（如氧化还原状态、黏液更新速率）和临床需求（追求极致黏附还是平衡稳定性），像“按方抓药”一样，合理选择或组合不同的功能化策略。例如，对于需要快速起效且环境相对还原的胃肠道上部，硫基化β-CD可能是首选；而对于需要长期稳定储存或在氧化性较强的环境中使用的制剂，烯基化β-CD则更具优势。因此，该研究不仅深化了对黏膜黏附分子机制的理解，更推动了面向临床应用的、性能可调控的“智能”药物递送辅料的发展。
