《Biomaterials Advances》：Sirolimus encapsulation in Pluronic P123 and F108 self-assembled micelles for drug-coated balloons: Fabrication, characterization, and
in vitro/
ex vivo studies
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本文聚焦于药物涂层球囊(Drug-Coated Balloon, DCB)应用中存在的药物早期损失、涂层均匀性与动脉转移效率等挑战。研究人员针对抗增殖药物西罗莫司(Sirolimus, SIR)，系统比较了两种普朗尼克(Pluronic)共聚物(P123与F108)作为载体、在PEBAX基底上形成的涂层体系。研究评估了涂层形貌、固态药物分散、水化后自组装行为、短期释放特性、对血管平滑肌细胞(VSMC)的抑制效果及离体动脉转移效率。结果表明，基于P123，特别是P123:SIR质量比为90:10的配方，在涂层连续性、减少早期药物损失及动脉转移效率方面展现出优势，为优化基于西罗莫司的DCB提供了关键数据支持，具有重要的临床转化潜力。
心血管疾病，尤其是动脉粥样硬化导致的血管狭窄，是全球范围内的主要死亡原因之一。治疗这类疾病，除了传统的支架植入，近年来一种名为药物涂层球囊(Drug-Coated Balloon, DCB)的技术逐渐兴起。与永久植入的支架不同，DCB通过在球囊表面涂覆一层携载抗增殖药物的聚合物涂层，在球囊扩张的短短几分钟内，将药物“印”在病变血管壁上，从而抑制血管平滑肌细胞(Vascular Smooth Muscle Cell, VSMC)的过度增生，防止血管再次狭窄，随后球囊撤出，不留下任何金属“骨架”。听起来很完美，不是吗？然而，现实中的DCB仍面临几大“拦路虎”：首先，在球囊到达病变位置前，药物可能在血流中“提前逃跑”，导致真正到达病灶的剂量不足；其次，涂层的均匀性和稳定性直接影响药物能否“雨露均沾”地覆盖病变区域；再者，如何高效地将药物从球囊涂层转移到动脉壁，也是一个技术难点。面对这些挑战，选择哪种药物、哪种载体材料，以及如何优化配方，成为提升DCB疗效的关键。本研究正是瞄准了这些问题，以新一代抗增殖药物西罗莫司(Sirolimus, SIR)和两种具有自组装特性的高分子材料——普朗尼克(Pluronic) P123和F108为核心，展开了一场关于DCB涂层优化的“正面较量”。
研究人员开展这项研究用到的主要关键技术方法包括：首先，通过溶剂浇铸和微量移液技术，在模拟球囊表面的PEBAX? 7233薄膜基底上制备了不同质量比的SIR负载P123和F108涂层。其次，利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和差示扫描量热法(DSC)对涂层的物理化学性质进行表征。通过动态光散射(DLS)和透射电子显微镜(TEM)分析了涂层水化后形成的纳米组装体（胶束）的尺寸与形态。然后，在模拟临床操作的时间窗口内（4分钟），通过高效液相色谱-紫外检测法(HPLC-UV)评估了SIR的体外释放行为。通过细胞活力(MTS)和活/死细胞染色、划痕愈合等实验，在VSMCs上评估了涂层及其释放成分的细胞毒性、抗增殖和抗迁移效果。最后，利用来自商业屠宰场（食品工业副产品）的猪主动脉，在定制的“邮票”式加压装置上进行涂层转移效率的离体实验。
3.1. SIR负载的普朗尼克涂层在PEBAX薄膜上的形貌
通过扫描电子显微镜观察发现，纯P123涂层不均匀，有表面凹凸，而纯F108涂层虽均匀但易脆裂、有分层。随着SIR含量的增加，两种聚合物的涂层均匀性都得到改善，P123:SIR为50:50时表面最均匀，F108体系在所有比例下都呈现连续覆盖。但高SIR比例可能导致涂层脆性增加，出现微裂纹。
3.2. 通过FTIR和DSC确定的SIR在P123和F108中的分散状态
FTIR光谱未显示Pluronic与SIR之间存在强化学相互作用的证据。DSC分析表明，SIR的加入降低了P123和F108的熔点，表明SIR分散在聚合物基质中，并抑制了聚合物中聚环氧乙烷(PEO)链段的结晶，这种效应在初始结晶度更高的F108中更为明显。
3.3. SIR负载的普朗尼克自组装胶束的载药量和包封率研究
涂层水化后，SIR能被有效包裹进形成的胶束中。对于两种Pluronic，随着配方中SIR比例的增加，载药量(LC)显著提高。包封率(EE)在两种聚合物、所有比例下均保持较高水平（P123约85-88%，F108约89-96%），表明大部分SIR与水化后形成的胶束组分相关联。
3.4. SIR负载的普朗尼克自组装胶束的DLS分析
动态光散射测量显示，纯P123胶束大于纯F108胶束，且温度升高（从25°C到37°C）使两者尺寸增大。负载SIR后，胶束尺寸显著增加。总体而言，F108基胶束的尺寸和粒径分布多分散性指数(PDI)通常大于P123基胶束，这可能归因于F108更长的亲水PEO链段增强了水化和空间排斥。
3.5. SIR负载的普朗尼克自组装胶束的TEM分析
透射电镜观察证实了胶束的纳米级结构，并显示了与DLS一致的趋势：负载SIR后胶束尺寸增大，且P123胶束的尺寸随SIR比例增加而增大的幅度比F108更明显。TEM测得的尺寸普遍小于DLS结果，这可能是样品干燥制备过程导致的。
3.6. 体外SIR释放研究
在模拟DCB操作的时间窗口内（1分钟模拟追踪，3分钟模拟扩张），两种聚合物的释放行为差异显著。P123涂层（特别是90:10配方）在追踪阶段的药物损失极低（约1%），而在部署阶段释放较多。相比之下，F108涂层在追踪阶段就表现出更快的早期释放，表明其在血流中提前损失药物的倾向更高。F108更高的亲水亲油平衡值(HLB)可能使其对水亲和力更强，导致初始溶解更快。
3.7. SIR对VSMC活力的影响
细胞实验显示，SIR本身以剂量和时间依赖性方式抑制VSMC活力。而纯P123和F108对细胞活力影响很小，表明聚合物本身生物相容性好。负载SIR的涂层提取物能有效降低VSMC活力，且活/死染色未显示明显的细胞毒性，主要呈现抑制细胞增殖的细胞静止效应。
3.8. 纯普朗尼克和SIR负载普朗尼克的细胞活力测定
进一步验证了纯Pluronic的低细胞毒性，以及负载SIR的优化配方（基于90:10 P123）能有效抑制VSMC活力，效果与游离SIR相当，且无额外毒性。
3.9. 活/死细胞染色实验
活/死染色直观证实，经SIR负载的P123和F108配方处理后的VSMCs，大部分细胞仍存活（绿色），死亡细胞（红色）极少，再次支持了其细胞静止作用而非细胞毒性的结论。
3.10. 迁移实验
划痕实验表明，SIR负载的P123和F108配方均能显著抑制VSMCs的迁移，这对抗再狭窄治疗具有重要意义，因为VSMCs的迁移和增殖是内膜增生的关键步骤。
3.11. 盖章和涂层转移分析
离体实验是本研究的关键应用验证。通过荧光标记和定制的加压装置模拟球囊扩张，评估了涂层从模型球囊表面向猪主动脉壁的转移效率。结果发现，P123 90:10配方实现了最高的动脉转移效率（86.52%）。有趣的是，对于两种聚合物，更高的SIR比例反而降低了转移效率。在所有测试条件下，P123配方的转移效率均高于相应的F108配方。
3.12. 球囊涂层可行性
研究最后在商用Mustang? PTA球囊导管上成功涂覆了SIR负载的Pluronic涂层，并通过立体显微镜观察证实了涂层在真实球囊表面的形成，证明了该技术向实际器械转化的可行性。
本研究通过一系列系统的表征、体外和离体实验，对两种不同性质的Pluronic共聚物（P123和F108）作为西罗莫司载体用于药物涂层球囊的性能进行了头对头比较。核心结论是：基于P123，特别是P123:SIR质量比为90:10的配方，在DCB应用的相关性能指标上总体优于F108配方。
其重要意义体现在多个层面：在涂层特性上，P123配方能形成更连续的涂层，且增加SIR含量可改善其均匀性。在关键的药物控释行为上，P123（尤其是90:10配方）表现出极低的早期（模拟追踪阶段）药物损失（约1%），而F108在相同条件下早期释放更快，意味着更高的药物提前流失风险，这对于确保足量药物到达病灶至关重要。在生物学效应上，两种Pluronic本身生物相容性良好，负载SIR后能有效抑制血管平滑肌细胞的增殖和迁移，且不引起明显细胞毒性，发挥了理想的细胞静止作用。在最贴近实际应用的离体动脉转移实验中，P123 90:10配方展现了最高的转移效率，且P123系列整体优于F108，证明了其更优异的药物递送能力。
这些结果共同表明，相较于更亲水的F108，具有适中亲疏水平衡的P123，在作为西罗莫司的载体用于DCB时，能更好地平衡涂层形成、药物滞留与控释、以及高效的动脉壁药物转移。该研究为设计和优化基于西罗莫司和普朗尼克聚合物的下一代药物涂层球囊提供了详实的、面向应用的数据集和明确的候选配方方向，对推动更安全、更有效的血管介入治疗器械的发展具有重要的参考价值。
