聚甘油作为智能药物递送的材料应用

介绍

聚甘油（Polyglycerine）具有优异的生物相容性、高水溶性与空间稳定能力，它是一类以甘油为结构单元的高度支化聚醚多元醇，分子表面分布着大量活性羟基，兼具优异的水溶性、生物相容性与结构可修饰性。具有更强的空间位阻效应与水化能力，能够更有效地稳定纳米颗粒；同时可在体内逐步降解，不会产生长期蓄积风险，也不易诱发抗体产生。已在药物递送、抗病毒涂层、抗污材料等多个生物医学领域有所应用。

图一 聚甘油

温敏特性

PNiPAAm-g-聚甘油接枝共聚物保留了典型的LCST型温敏特性，同时其相变行为可通过接枝密度与环境条件灵活调控。与P(NiPAAm-co-NAOS)前驱体随疏水NAOS含量增加而CST线性降低的规律相反，HbPG的引入会显著提升共聚物的临界溶解温度，且CST随HbPG接枝密度的增加呈线性升高，每增加1 mol%的HbPG接枝单元，CST约升高1.15 ℃，这一效应源于HbPG强亲水性对聚合物链脱水过程的延缓作用。同时，接枝共聚物的相变滞后效应明显弱于前驱体，说明大体积的HbPG侧链一定程度上抑制了PNiPAAm链段间的氢键作用。室温下，接枝共聚物以约5-10 nm的单链卷曲构象均匀分散；当温度升至CST以上，PNiPAAm链段脱水疏水化，自发聚集形成300-550 nm的纳米聚集体，且聚集体粒径随HbPG接枝密度升高而减小。高接枝密度下更厚的水化壳限制了聚集体的过度生长。当温度回落至室温，聚集体可快速解聚恢复至初始尺寸，展现出良好的可逆性。此外，聚合物浓度与溶剂环境也会显著影响相变行为：浓度升高会导致CST降低，而生理盐溶液（PBS）中的离子强度会使CST比纯水环境低2-3 ℃。

PNiPAAm-g-聚甘油接枝共聚物可高效包载难溶性疏水药物，姜黄素水溶性极低（室温下仅约0.6 mg/L），而通过接枝共聚物包载后，其溶液浓度可提升2-3个数量级，且包载效率具有显著的温度依赖性与结构依赖性。在高于CST的温度下，PNiPAAm链段充分脱水形成疏水核心，对姜黄素的包载能力显著增强；而随着聚甘油接枝密度升高，共聚物整体疏水性下降，药物包载量相应降低，体现了结构与性能的精准对应。在药物释放行为上，PNiPAAm-g-HbPG纳米制剂展现出典型的缓释特征，且释放速率可通过接枝密度与温度双重调控。在37 ℃生理温度下，聚甘油含量越高，聚集体表面的水化层越致密，疏水药物向外扩散的阻力越大，释放速率越慢，24 h累积释放量可从90%以上降至27.6%，实现了长效缓释的设计需求。更重要的是，该系统具备温度触发的快速释放能力：当环境温度降低至CST以下，聚集体发生解聚，包裹的药物快速释放，降温5 ℃即可使释放速率提升15%-20%，且释放机制符合Higuchi扩散模型。

生理环境中的胶体稳定性

在37 ℃的PBS溶液中，纯PNiPAAm会因过度聚集在100 min内发生宏观沉淀，而PNiPAAm-g-聚甘油接枝共聚物的纳米聚集体可在24 h内保持粒径与浊度基本不变，展现出极佳的胶体稳定性。这是由于聚集体表面高密度的HbPG支链形成的厚水化层，通过空间位阻效应有效阻止了颗粒间的进一步聚集与沉降，即使负载姜黄素后，仍能维持250-320 nm的均匀粒径与窄分布。生物安全性方面，细胞毒性与溶血实验结果证实，PNiPAAm-g-HbPG接枝共聚物在高达2-2.5 g/L的浓度下，对HT-29结肠癌细胞与人体红细胞均无明显毒性与溶血作用，具备良好的体外生物相容性。

结肠癌治疗的应用

将包载姜黄素的PNiPAAm-g-聚甘油纳米制剂作用于HT-29人结肠腺癌细胞，纳米制剂的细胞内荧光强度提升约2倍，证明聚甘油修饰的纳米载体显著促进了肿瘤细胞对药物的内吞。载药纳米制剂的细胞生长抑制作用也显著强于游离姜黄素，在相同药物浓度下具有更优异的抗肿瘤效果。该递送系统不仅解决了姜黄素的水溶性问题，更通过提升细胞摄取效率有效增强了药物的生物活性[1]。

图二 温度响应微球释放机制图

参考文献

[1]Kasza G ,Fábián á ,Fecske D , et al.Thermoresponsive Graft Copolymers of N?Isopropylacrylamide and Hyperbranched Polyglycerol as Thermally Induced Drug Delivery and Release Nanoformulation Systems for Curcumin with High Colloidal Stability and Enhanced Anticancer Effect.[J].ACS omega,2026,11(3):3780-3795.DOI:10.1021/ACSOMEGA.5C05838.