负载伊布替尼的电纺纳米纤维用于经皮贴剂的体外测试研究：一种用于乳腺癌治疗的潜在新型给药材料

《ACS Omega》：In Vitro Testing of Ibrutinib-Loaded Electrospun Nanofibers for Potential Use as a Transdermal Patch Material

本研究开发了一种由负载伊布替尼（IBR）的聚己内酯/聚-L-精氨酸（PCL-P(Arg)）电纺纳米纤维（ENs）构成的新型药物递送系统，旨在通过局部、可控的缓释改善对乳腺癌组织的靶向递送。通过SEM-EDS、FTIR、BET等多种方法表征显示，P(Arg)的加入显著提高了材料的亲水性、孔隙率和溶胀性能。体外释放研究表明，该纤维在pH 5.5（癌细胞内体pH及皮肤pH范围）和pH 7.4（生理pH）下均能实现伊布替尼的持续释放，释放动力学符合Korsmeyer-Peppas模型。细胞毒性实验表明，PCL-P(Arg)/IBR ENs能有效降低MCF-7乳腺癌细胞活性，而空白纤维显示出良好的生物相容性，这表明该体系在乳腺癌靶向治疗中具有应用潜力。

　　

引言

乳腺癌是一种起源于乳腺上皮组织的恶性肿瘤，严重威胁全球女性身心健康。当前主流疗法如手术、放疗、化疗等常伴有侵袭性强、特异性有限和严重副作用等问题。预计到2050年，全球女性乳腺癌年新增病例将达约320万，这凸显了开发更有效、更具靶向性的治疗策略的迫切性。基于纳米医学的药物递送系统为此提供了新思路。其中，电纺纳米纤维（ENs）因其结构类似于细胞外基质、高吸附能力、多孔结构、易于药物包封、良好的生物相容性以及能减少药物突释等优势，被认为是有潜力的经皮给药载体。

实验部分

材料与仪器

研究使用了由TOBIO NOVELFARMA公司提供的伊布替尼（IBR）。聚合物材料包括聚己内酯（PCL，平均分子量80,000）和聚-L-精氨酸（P(Arg)，分子量15,000–70,000）。主要仪器包括电纺丝设备、扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱仪（SEM-EDS）、衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪（ATR-FTIR）、比表面积及孔隙度分析仪（BET分析仪）和紫外-可见分光光度计等。

纳米纤维的制备与表征

采用静电纺丝技术制备了PCL-P(Arg)/IBR ENs。优化后的工艺参数为：电压8.0 kV，针头至收集器距离10 cm，流速1.0 mL/h，温度23 °C，相对湿度57–65%。聚合物溶液为在甲酸:丙酮（3:7, v:v）溶剂中溶解12.5% (w/v) PCL、20 μg/mL P(Arg)和2 mg/mL IBR。通过SEM观察发现，添加20 μg/mL P(Arg)时，所得纳米纤维最细且最均匀，直径分布为340.21 ± 7.62 nm。接触角测量表明，随着P(Arg)比例增加，纤维的亲水性增强，含20 μg/mL P(Arg)的纤维在30分钟内完全吸收了水滴。ATR-FTIR光谱显示了PCL的特征峰（如C–H伸缩和C=O峰），而EDS分析证实了PCL-P(Arg) ENs表面存在氮元素（N），证明了P(Arg)的成功掺入。BET分析显示，P(Arg)的引入使ENs的比表面积从3.461 m²/g增至4.071 m²/g，总孔体积和平均孔径也有所增加，表明形成了更开放、多孔的网络结构。

溶胀测试与透湿率

在pH 5.5和7.4的磷酸盐缓冲液中测试了ENs的溶胀行为。72小时后，PCL-P(Arg)/IBR ENs的溶胀率（1327.69 ± 91.23%）远高于PCL/IBR ENs（709.58 ± 31.31%），这归因于P(Arg)链间的静电排斥及其胍基与水分子间的氢键和离子-偶极相互作用。在pH 7.4下的溶胀程度高于pH 5.5，因为较低的pH值下更高的H⁺离子浓度增强了电荷屏蔽效应，减弱了链间排斥。水蒸气透过率（WVTR）测试显示，PCL-P(Arg) ENs的WVTR值在2872.42至2844.17 g/(m²·day)之间，接近理想伤口敷料的WVTR范围（2000–2500 g/(m²·day)），有助于维持创面湿润环境。

体外药物释放行为与动力学

通过紫外-可见分光光度法在228 nm波长下检测IBR的释放。在120小时内，PCL-P(Arg)/IBR ENs在pH 5.5和pH 7.4条件下分别实现了25.68%和33.53%的累积药物释放。释放初期存在突释效应，这可能是由于药物分子在纤维表面或孔洞区域的局部富集以及P(Arg)带来的显著溶胀使水更容易渗入所致。随后的释放变得缓慢而持续，表明药物与纤维基质之间存在较强的相互作用。释放动力学分析表明，Korsmeyer-Peppas模型对两种pH条件下的释放数据拟合最佳（R²分别为0.924和0.960）。计算得出的释放指数（n）在pH 5.5时为0.473（表明为异常运输机制，即扩散与溶胀共同作用），在pH 7.4时为0.350（表明以Fickian扩散机制为主）。这与BET分析显示的更高比表面积和孔隙度在pH 7.4下促进水渗透和药物扩散的结果一致。

体外细胞毒性研究

采用MTT法评估了PCL、PCL-P(Arg)和PCL-P(Arg)/IBR ENs对MCF-7乳腺癌细胞系活力的影响。培养72小时后，PCL和PCL-P(Arg) ENs未显示出明显的细胞毒性，细胞活力保持在高水平。相比之下，PCL-P(Arg)/IBR ENs处理显著降低了细胞活力，并且在72小时时效果最为明显，这归因于IBR从ENs基质中的持续、可控释放以及延长的药物-细胞相互作用时间。

结论

本研究成功开发了负载伊布替尼的PCL-P(Arg)电纺纳米纤维，作为一种有前景的经皮给药系统用于乳腺癌治疗。P(Arg)的引入显著改善了PCL纳米纤维的亲水性、溶胀能力和多孔结构，从而实现了IBR在体外条件下的持续、可控释放，其释放动力学符合Korsmeyer-Peppas模型。细胞实验证实，该载药纤维能有效抑制MCF-7乳腺癌细胞活力，同时空白纤维基质表现出良好的生物相容性。这些结果为开发用于靶向乳腺癌治疗的纳米纤维基经皮给药系统奠定了坚实基础。未来的研究应侧重于离体皮肤渗透实验、体内功效验证以及纤维组成和载药量的进一步优化，以全面评估其临床转化潜力。