《SCIENCE ADVANCES》：Engineering controlled-release steroid therapeutics: fabrication and molecular design of self-assembled microparticles
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为解决水溶性甾体药物（如胆汁酸盐和皮质类固醇）体内清除快、需频繁给药的问题，研究人员开发了通过金属或有机酸介导的乳液溶剂蒸发法制备甾体药物微颗粒的新策略。该研究揭示了氢键作用主导颗粒自组装的机制，并通过修饰甾体C21侧链基团实现了对颗粒形态的调控，为开发新型长效甾体制剂提供了重要理论基础和技术路径。
甾体类药物是医学领域的明星分子：像地塞米松这样的皮质类固醇，是抗击关节炎、哮喘乃至COVID-19炎症风暴的利器；而脱氧胆酸等胆汁酸盐，则是FDA批准用于消除双下巴脂肪或治疗胆汁合成障碍的“生物导弹”。然而，这些水溶性的“战士”在体内往往“来去匆匆”，从作用部位被迅速清除，迫使患者不得不忍受频繁注射或高剂量用药带来的副作用。对于需要长期管理的慢性疾病，这不仅降低了患者的依从性，也限制了药物的治疗效果。传统的解决方案，比如将药物包裹在脂质体或聚合物微粒中，又常常面临“载药量低”、“载体材料占比过高”甚至“载体本身引发炎症”等新问题，可谓治标不治本。
那么，能否让药物分子自己组装成高效的递送载体，实现精准、长效的控释治疗呢？这正是发表在《SCIENCE ADVANCES》上的一项研究所要攻克的核心难题。研究人员不再依赖外源性的“包装盒”，而是巧妙地利用甾体分子自身的性质，开发出了一套通用的、可控制备甾体药物微颗粒的“分子乐高”策略。
为了开展这项研究，作者主要采用了三种核心的乳液溶剂蒸发制备技术（金纳米颗粒法、金离子法、水杨酸法），通过改变工艺中的质子源（金属离子或有机酸）来诱导颗粒形成。研究利用来自Zen-Bio Inc.的人皮下脂肪细胞进行体外活性测试，并使用高脂饮食诱导的肥胖C57BL/6J DIO小鼠模型进行体内脂肪减少功效评估。同时，研究结合了多种表征手段（如扫描电子显微镜(SEM)、粉末X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)）和粗粒度(Coarse-grained, CG)计算模型，从实验和理论两个层面深入探索了颗粒的形成机制。
结果部分主要发现如下：
利用pH和乳化作用促进颗粒制备
研究人员通过简化乳液过程（如从双乳液简化为单乳液），并用水杨酸甚至盐酸替代金纳米颗粒(Gold NP)，均成功制备了甾体微颗粒。这表明颗粒形成的核心驱动力并非金纳米颗粒本身，而是质子（H+）向水相的转移，导致甾体分子质子化并析出结晶，这一过程需要油水界面的存在。
颗粒形态及甾体类型分子的影响
使用上述方法，成功制备了多种胆汁酸盐（胆酸盐、脱氧胆酸盐、熊去氧胆酸盐）和皮质类固醇（甲基泼尼松龙、氢化可的松）的微颗粒，它们呈现出棒状、片状、六角棱柱等不同但各自一致的形状，证明了该方法的普适性。
胆汁盐微颗粒的表征
不同方法制备的胆酸盐颗粒在尺寸（直径约7微米）和结晶性上高度一致。分析证实，金纳米颗粒或水杨酸等添加物被成功包载入颗粒基质中。颗粒在体外能缓慢、线性地释放活性药物，并在含蛋白的缓冲液中展现出类似的释放曲线。
皮质类固醇微颗粒的表征
研究同样成功制备了甲基泼尼松龙半琥珀酸酯(MPS)微颗粒，颗粒中金纳米颗粒或金离子的包载量可量化。实验还表明，颗粒可在长达8天的时间内持续释放生物活性药物分子。
体外和体内甾体颗粒的生物活性
体外脂肪细胞裂解实验表明，所有方法制备的脱氧胆酸盐颗粒均能以浓度依赖的方式有效裂解脂肪细胞，且其活性可被牛血清白蛋白(BSA)所抑制，说明保留了脱氧胆酸本身的溶脂机制。体内小鼠实验进一步证实，注射这些颗粒能显著减少脂肪垫质量，且未引起严重的皮肤损伤或系统性副作用，表现出良好的治疗效果和安全性。
甾体侧链基团离子化与微颗粒形成
研究深入探讨了分子结构对颗粒形成的影响。发现甾体C21侧链基团的电离（即羧酸基团在特定pH下的去质子化能力）对颗粒形成至关重要。具有高pKa值（低电离度，如醇、甲酯）或极低pKa值（电荷高度离域，如牛磺酸结合的硫酸基团）的衍生物无法形成颗粒。而通过将无法成颗粒的地塞米松磷酸酯改造为地塞米松半琥珀酸酯（引入羧酸基团），则成功诱导了颗粒的形成。
甾体侧链长度对颗粒自组装的影响
通过用不同链长的氨基酸（如氨基丁酸、β-丙氨酸、甘氨酸）修饰脱氧胆酸的侧链，研究人员实现了对颗粒形态和尺寸的精准调控。侧链越短，形成的颗粒体积越小，形状也从棒状（长链）转变为球形（短链，甘氨酸修饰）。计算模拟表明，甘氨酸修饰物因侧链过短，其末端的羧基与氨基上的氢原子距离过近，形成了分子内氢键，破坏了驱动晶体生长的分子间氢键网络，从而抑制了各向异性生长，形成了球形颗粒。
计算模拟甾体颗粒自组装
研究建立了一个粗粒度(CG)计算模型，将氢键作用位点建模为有方向性的“补丁”相互作用。通过计算平均力势(Potential of Mean Force, PMF)和进行蒙特卡洛(Monte Carlo)生长模拟，该模型成功地仅基于分子几何结构和氢键位点，预测了不同甾体（如石胆酸形成棒状、熊去氧胆酸形成片状、胆酸形成棱柱状）的自组装形态，与实验结果高度吻合。模型进一步揭示了生长不对称性因子(Ω)和侧链长度(Lt)是决定颗粒最终形貌（一维棒状、二维片状/棱柱状、三维球状）的关键参数，绘制了可预测颗粒形态的相图。
结论与讨论部分归纳如下：
本研究成功开发了一种通用的、基于乳液溶剂蒸发法的甾体药物微颗粒制备平台。该平台利用金属离子或有机酸作为质子源，驱动具有甾体核心和可离子化羧酸侧链的分子在油水界面自组装成结构规整的微颗粒。研究不仅成功制备了多种胆汁酸盐和皮质类固醇的颗粒，还通过分子修饰与计算模拟相结合，深刻揭示了颗粒形成的分子机制：氢键作用是驱动自组装并决定最终颗粒形貌的核心力量，而侧链基团的电离能力和长度是实现可控制备的关键“调节旋钮”。
这项工作具有多重重要意义。首先，它提供了一种高效制备以活性药物成分为主体的颗粒递送系统的新方法，解决了传统载体载药量低、外源材料占比高的问题。其次，通过理性设计分子侧链，可以“按需定制”颗粒的大小和形状，这为优化药物在体内的分布、延长循环时间、避免免疫清除（例如，长棒状颗粒可能更易逃逸巨噬细胞的吞噬）提供了全新思路。再者，所包载的辅助成分（如金离子、水杨酸）本身具有抗炎等生物活性，可与甾体药物产生协同治疗效应。最后，研究所建立的“分子结构-自组装行为”预测模型，为未来设计和筛选更多可形成功能性颗粒的甾体药物衍生物提供了强大的理论工具和设计指南，推动了基于分子自组装的智能化药物递送系统的发展。
