《Journal of Materials Chemistry B》：Poly(glutamic acid-block-tyrosine) peptides designed for gastrointestinal drug adsorption
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药物过量仍是重大的公共卫生挑战，特别是针对缺乏有效解毒剂的非阿片类药物，通常需通过胃肠道去污染使用活性炭进行处理。虽然活性炭广泛有效，但存在误吸风险和胃肠道并发症。本研究报道了一类合成聚谷氨酸-酪氨酸嵌段（EY）多肽吸附材料，旨在作为生物相容、可调控的胃肠道药
药物过量仍是重大的公共卫生挑战，特别是针对缺乏有效解毒剂的非阿片类药物，通常需通过胃肠道去污染使用活性炭进行处理。虽然活性炭广泛有效，但存在误吸风险和胃肠道并发症。本研究报道了一类合成聚谷氨酸-酪氨酸嵌段（EY）多肽吸附材料，旨在作为生物相容、可调控的胃肠道药物吸附替代方案。EY多肽通过N-羧基酐开环聚合（NCA ROP）合成，系统变化酪氨酸嵌段长度以探究氨基酸组成和长度对吸附的调控作用。在模拟胃液（pH 1.2）和肠液（pH 6.8）条件下，评估了临床相关过量药物（阿米替林AMI、安非他酮BUP、羟氯喹HCQ、士的宁STR）的吸附动力学和容量。增加酪氨酸含量增强了药物摄取，性能最佳的配方E30Y129实现了高吸附容量和结合亲和力，与报道的吸附生物聚合物相当，并对某些药物与活性炭具有竞争性。朗缪尔等温线分析显示最大吸附容量为40–238 mg g?1，结合亲和力高达0.214 L g?1，吸附行为依赖于药物特征。探索性喂食状态实验表明，在复杂营养基质存在下吸附性能得以保留，并随药物性质变化。初步酶降解研究表明在胃肠道条件下发生渐进性蛋白水解，成纤维细胞和巨噬细胞的细胞相容性测定显示在相关浓度下无明显毒性。综上，这些结果表明合成多肽可被工程设计以实现高效、临床相关的药物吸附，同时在生物相容性、可降解性和可调控性方面具有优势。本研究为超越活性炭的下一代胃肠道去污染材料奠定了基础。
药物过量导致的死亡人数在2000年至2020年间显著增加，其中非阿片类药物的过量缺乏特异性解毒剂，临床主要依赖活性炭（AC）进行胃肠道去污染。然而，活性炭的使用伴随误吸风险、胃肠道梗阻等并发症，且活性炭的吸附机制主要依赖其巨大的比表面积和π-电子网络，缺乏生物降解性和可调控性。合成多肽因其类似于生物大分子的结构、可酶解的肽键以及通过组成和长度调控的化学可调性，成为理想的替代吸附剂平台。研究人员旨在开发一类聚谷氨酸-酪氨酸嵌段（EY）多肽，探究氨基酸组成和嵌段长度对药物吸附性能的影响，并评估其在模拟胃肠道环境下的吸附动力学、容量、稳定性及生物相容性，以期为新一代胃肠道去污染材料提供理论依据。
研究人员采用N-羧基酐开环聚合（NCA ROP）技术，以己胺为引发剂，依次引发γ-苄基-L-谷氨酸酯和O-苄基-L-酪氨酸酯的聚合，合成了一系列具有不同酪氨酸嵌段长度（E30Y28, E30Y79, E30Y101, E30Y129）的聚谷氨酸-酪氨酸嵌段多肽。通过酸处理去除苄基保护基团，并通过透析纯化获得最终产物。研究利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和质子核磁共振（1H NMR）表征了多肽的结构和组成，通过动态光散射（DLS）和Zeta电位分析评估了其在模拟胃液（SGF）和模拟肠液（SIF）中的表面电荷和聚集行为。吸附性能评估选取了阿米替林（AMI）、安非他酮（BUP）、羟氯喹（HCQ）和士的宁（STR）四种临床常见的过量药物，在37°C条件下通过分批吸附实验测定吸附动力学和平衡容量，并采用Langmuir模型进行等温线拟合以计算最大吸附容量（Qmax）和结合亲和力（KL）。此外，还通过酶降解实验评估了多肽在胃肠道酶环境下的稳定性，并使用NIH 3T3成纤维细胞和RAW 264.7巨噬细胞进行了细胞毒性测试。
在实验设计与表征方面，研究人员指出EY多肽的设计旨在克服先前KEY多肽对阳离子药物吸附不足的缺陷。通过保留带负电或中性氢键供体的谷氨酸块和提供疏水/π-π相互作用的酪氨酸块，优化了对常见过量弱碱性药物的吸附。FTIR和1H NMR结果证实了多肽的成功合成和脱保护。DLS和Zeta电位数据显示，随着酪氨酸含量增加，多肽在酸性条件下聚集程度增加，而在碱性条件下由于谷氨酸去质子化而保持较好的分散性，Zeta电位的变化反映了表面离子化基团暴露程度的改变。SEM和光学显微镜观察进一步证实了高酪氨酸含量多肽在溶液中形成更密集的聚集体系。
在吸附动力学方面，研究发现在SIF（pH 6.8）中，由于谷氨酸侧链去质子化产生负电荷，与带正电的药物分子产生静电吸引，吸附速率极快，5分钟内即达平衡。而在SGF（pH 1.2）中，谷氨酸质子化，静电作用减弱，吸附主要依赖较弱的氢键和π-π堆积，因此吸附速率显著减慢，达到平衡需要约45分钟。这表明pH对吸附机制有决定性影响。
在吸附容量方面，增加酪氨酸嵌段长度总体提高了药物的吸附量。在SGF中，从E30Y28到E30Y79吸附量显著增加，随后趋于平稳；在SIF中，E30Y79到E30Y129的吸附量继续增加，特别是在AMI和STR的吸附上。最佳配方E30Y129在SGF和SIF中表现出随药物性质不同的吸附差异，归因于酸性条件下大颗粒聚集减少了可用吸附位点，而碱性条件下较小的分散聚集体提供了更大的比表面积。
在等温线建模方面，研究人员对性能最佳的E30Y129进行了Langmuir等温线拟合。结果显示，E30Y129的最大表观吸附容量（Qmax）在40–238 mg g?1之间，结合亲和力（KL）高达0.214 L g?1。与活性炭相比，E30Y129对AMI在SGF中的容量相当，对STR在SIF中的容量接近活性炭，对HCQ在SIF中的亲和力接近活性炭。这些性能优于或 comparable 于其他报道的生物聚合物吸附剂和无机纳米材料，证明了多肽作为吸附剂的潜力。
在喂食状态吸附实验中，研究人员利用婴儿配方奶粉模拟含营养物的胃肠道环境。结果显示，基质效应具有药物特异性。对于结合亲和力较高的HCQ，喂食状态对其吸附影响不大；而对于结合亲和力较低的STR，配方奶粉中的成分竞争吸附位点导致其吸附量显著下降。这表明吸附剂在复杂生理环境中的性能需结合具体药物评估。
在酶降解实验中，E30Y28在含有胃蛋白酶和胰蛋白酶/α-胰凝乳蛋白酶的环境中孵育72小时，显示出渐进性的降解。在肠液模拟条件下降解程度大于胃液，这归因于碱性条件下多肽水合度增加，提高了酶对肽键的可及性。这表明EY多肽具有良好的生物可降解性，但需进一步研究其在体内的具体代谢途径。
在细胞相容性方面，E30Y129在1–250 μg mL?1浓度范围内对NIH 3T3成纤维细胞和RAW 264.7巨噬细胞均显示出良好的生物相容性。虽然RAW 264.7在低浓度下表现出轻微的、非单调的活力变化，但未发现剂量依赖性的细胞毒性，且细胞形态保持完整。这初步证明了材料在体内的安全性。
结论部分总结指出，聚谷氨酸-酪氨酸嵌段多肽（EYs）是一种可调谐的胃肠道药物吸附平台。通过系统调整酪氨酸嵌段长度，研究人员证实了可以通过氨基酸组成和嵌段长度调控吸附行为。EYs在模拟胃肠道条件下对多种过量药物表现出显著的吸附能力，且性能最佳的材料E30Y129在吸附容量和亲和力上与活性炭相当或优于其他生物吸附剂。吸附过程受pH、静电作用、疏水相互作用和π-π堆积共同调控。EYs还具有优异的生物可降解性和初步证实的细胞相容性。尽管喂食状态实验提示基质竞争可能影响低亲和力药物的吸附，但本研究为开发下一代胃肠道去污染材料奠定了坚实基础。未来研究需进一步评估药物解吸、在更复杂胆汁和喂食环境下的性能、胃肠道上皮细胞相容性以及体内疗效和安全性，以推动其临床应用。
