通过同轴微流控技术制备的pH值依赖性可注射壳聚糖涂层AS/PCL微球，具有胶原蛋白再生作用

《European Polymer Journal》：The pH-dependent injectable chitosan-coated AS/PCL microspheres prepared by coaxial microfluidic technology with collagen-regenerative effects

抗衰老微球制备及胶原再生机制研究：采用coaxial微流控技术成功制备了Astragaloside/Polycaprolactone/Chitosan复合微球，优化了材料形态（平均粒径49.62±5.84 μm）和包封效率（92.67±1.22%），验证其pH依赖性药物释放及生物相容性，体内实验证实可促进胶原纤维再生并抑制炎症反应。

　　

谢恩顺、杨恩顺、李扎、张倩、陈梦星、车鑫、王丽红

贵州中医药大学药学院，中国贵州550025

摘要

目前用于抗衰老的皮肤填充剂常常存在引发炎症和药物释放难以控制的问题，这限制了它们的临床应用。本文采用同轴微流控技术制备了黄芪苷/聚己内酯/壳聚糖（AS/PCL/CS）复合微球。这些材料具有优异的生物相容性和pH依赖性的药物释放特性，能够安全有效地促进皮下胶原蛋白的再生。本研究系统评估了这些微球的形态、粒径分布、包封效率、载药能力、体外释放行为、溶血活性、细胞增殖能力和粘附能力。此外还进行了体内药效实验，以评估其抗炎效果和胶原蛋白再生能力。结果表明，制备出的AS/PCL/CS复合微球具有光滑的球形形态，平均粒径为（49.62±5.84）μm，包封效率高达92.67±1.22%。这些微球表现出pH依赖性的药物释放特性，溶血实验和细胞活力测试证实了它们对血液和组织的相容性。值得注意的是，复合微球在细胞粘附和增殖方面优于纯PCL微球和AS/PCL微球。体内药效研究表明，微球植入可促进胶原蛋白纤维再生，并减少炎症反应。因此，AS/PCL/CS复合微球作为pH响应型控释药物递送系统的载体以及组织再生应用的候选材料具有潜力。

引言

皮肤会随着时间的推移自然老化，胶原蛋白纤维的数量和结构变化是皮肤老化的主要特征[1]、[2]、[3]。与年轻皮肤中排列紧密且结构完整的胶原蛋白纤维不同，老化皮肤中的胶原蛋白纤维变得破碎且分布不均[2]、[4]。为了解决这一问题，临床使用的皮肤填充剂通常有两种作用方式：一种是填充皮肤中的空隙以立即增加体积；另一种是刺激组织合成新的胶原蛋白以实现长期填充（例如含有微球的填充剂）[5]。前者效果迅速，但随着材料降解其效果会逐渐减弱；后者可以通过创造有利于细胞浸润的微环境来激活胶原蛋白再生，但存在微球形态不均匀和容易引发炎症的风险[5]、[6]、[7]、[8]、[9]。因此，开发一种具有良好生物相容性、能有效促进胶原蛋白再生并精确调控药物释放的新递送系统对于提高抗衰老效果和减少副作用具有重要意义。

黄芪苷（AS）是传统中药黄芪的主要生物活性成分，为解决胶原蛋白再生能力下降和现有填充剂的炎症风险问题提供了新的方法。先前的研究证实，AS不仅可以增强成纤维细胞的增殖和迁移能力从而直接促进胶原蛋白合成[10]、[11]，还可以通过减少巨噬细胞浸润来缓解炎症反应[12]，这正好满足了面部抗衰老所需的“促进胶原蛋白再生+抗炎”的双重要求。然而，AS的水溶性极差，导致其体内生物利用度低[13]。因此，需要选择合适的聚合物载体来提高其递送效率。聚己内酯（PCL）是一种安全且可生物降解的合成聚合物，具有优异的药物缓释性能，并能通过刺激成纤维细胞促进胶原蛋白沉积，使其成为AS的理想载体[14]。然而，纯PCL材料存在明显缺点：其强疏水性导致微球表面细胞粘附性差，成纤维细胞存活率降低，甚至可能引发炎症反应[15]，这不符合面部抗衰老对生物相容性和低炎症风险的要求。因此，需要对PCL进行表面修饰和优化。

为了改善PCL的疏水性和负电荷表面特性，本研究选择了壳聚糖（CS）作为涂层材料。CS是一种可生物降解且无毒的天然阳离子多糖。其分子链中的-OH基团和氨基可以通过氢键与PCL表面结合，同时显著提高微球的亲水性[16]。更重要的是，CS的pH响应性可以精确匹配面部皮肤的微环境差异：在正常皮肤pH值（7.0-7.2）下，CS层结构稳定，可以防止AS的过早释放，确保药物的长期保留；在紫外线辐射、局部炎症等导致的酸性微环境（pH<6.0）下，CS的氨基发生质子化，使微球迅速膨胀并加速AS的释放[17]、[18]、[19]。这一特性可以实现“精确将药物递送到炎症部位”，不仅增强了抗炎效果，还减少了正常组织中的药物浪费。此外，CS的阳离子性质可以与带负电荷的成纤维细胞膜形成静电相互作用[20]，改善了PCL表面细胞粘附性差的问题，进一步促进了与胶原蛋白再生相关的细胞增殖和功能激活，弥补了纯PCL载体的缺陷。

微球的粒径均匀性和表面形态是决定面部填充剂安全性和有效性的关键因素。研究表明，直径小于20 μm的微球容易被巨噬细胞吞噬，从而降低填充剂的稳定性[21]、[22]、[23]；直径小于10 μm的微球还可能诱导淋巴细胞浸润和异常血管生成，而粒径分布宽、表面粗糙或形状不规则的微球可能会刺激皮下组织并引发严重炎症[24]。这些都与面部抗衰老所需的“微球长期保留和低炎症风险”相矛盾。传统的微球制备方法（如乳液-溶剂蒸发法和喷雾干燥法）难以满足这些要求，它们不仅无法精确控制微球粒径，还容易导致表面不均匀和聚集等问题，无法适应面部真皮的微妙微环境[25]。相比之下，微流控技术凭借其对流速和两相流体剪切力的精确控制优势，可以实现微球粒径和形态的精确调控。例如，韩等人结合了液滴微流控技术和物理交联方法，通过简单调整两相流体的注入流速和通道宽度，成功制备出了具有优异单分散性和光滑表面的聚乙烯醇微球[26]。这一技术优势可以解决传统方法的缺点，为制备粒径均匀、表面光滑、注射性良好的面部抗衰老微球提供了理想方案。

基于此，本研究提出使用同轴微流控技术制备涂有CS的AS/PCL皮下微球填充剂。PCL作为载体支架，凭借其缓释性能和促进胶原蛋白再生的潜力提供长期递送基础；AS被装载进去以发挥其“促进胶原蛋白再生+抗炎”的双重生物活性；CS涂层改善了PCL的疏水性，增强了细胞粘附能力和生物相容性，并利用CS的pH响应性在炎症部位实现精确药物释放；最后，利用同轴微流控技术的精确调控优势确保了微球的粒径均匀性和表面光滑性，满足了面部填充剂的注射性和长期保留要求。本研究将系统表征微球的理化性质，评估其体外生物相容性，并通过体内实验验证其促进胶原蛋白再生和抗炎效果，旨在为组织修复和再生医学领域提供更安全、更持久的面部抗衰老方案。

材料

壳聚糖（脱乙酰度：90%）购自上海宇源生物科技有限公司。黄芪苷（纯度≥98%，批号：84687-43-4）购自北京Solarbio科技有限公司（中国北京）。聚己内酯（PCL，分子量：8×10^4）购自北京Solarbio科技有限公司（中国北京）。聚乙烯醇（PVA，分子量：44053 Da，水解度：87.0 - 89.0%）购自...

微球的微观形态和粒径分布

微球的扫描电子显微镜图像和粒径分布见图2。从扫描电子显微镜（SEM）图像可以看出，三种类型的微球都呈现出高度均匀的球形结构，表面没有明显的裂纹或聚集现象。这一结果验证了同轴微流控技术在控制微球形态方面的优越性。具体来说，纯PCL微球（图2a、d）...

结论

本研究利用同轴微流控技术成功制备了壳聚糖CS包覆的AS/PCL复合微球，系统验证了它们作为面部抗衰老皮下填充剂的可行性和优势。结果表明，制备的AS/PCL/CS复合微球具有光滑的球形形态，理想的粒径范围为30-90 μm，粒径分布较窄（PCL微球平均直径：54.24 ± 7.05 μm；AS/PCL微球：51.29 ± 4.92 μm；AS/PCL/CS...

作者贡献声明

谢恩顺：撰写——初稿、验证、方法学设计、实验研究、数据分析。杨恩顺：方法学设计、实验研究、数据分析。李扎：撰写——审稿与编辑、实验研究。张倩：实验研究。陈梦星：方法学设计、实验研究。车鑫：方法学设计、资金获取。王丽红：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、项目统筹、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本工作得到了贵州省科学技术厅基础研究计划项目（Qiankehe Basic-ZK [2024] General 394）和大同市重点研发计划项目（2023013）的支持。