解密藥物控制釋放的新技術 — 胜肽水凝膠與蛋白質藥物的結合

2020-03-11

美國國家癌症研究所（US National Cancer Institute）的Schneider實驗室於胜肽科學領域中深耕多年，最著名的開發為設計Beta hairpin胜肽，這些胜肽能自我組裝成胜肽水凝膠（Peptide hydrogels）。這類的材料能形成一種高度均質的纖維狀網絡結構，可廣泛應用於生物醫學，如用於抗菌、組織再生（Tissue regeneration）或藥物輸送（Drug delivery）、藥物緩釋研究。經過特殊設計的胜肽水凝膠能作為一種新的蛋白質輸送策略，改善蛋白質藥物的輸送。

圖 1. 使用胜肽水凝膠與蛋白質藥物結合以控制藥物釋放速率：

① 經修飾的蛋白質可調控藥物釋放速率；② 未經修飾的蛋白質則會快速釋放

在以往，為了維持蛋白質藥物的治療效用，需經常對患者給藥，這會使得治療的成本提高、且降低患者的服藥順從性。但若讓胜肽水凝膠與蛋白質藥物結合，使得蛋白質藥物的結構改變，就能控制藥物的釋放率，達到藥物緩釋的作用，讓藥物在預定的時程才釋放出來，達到治療效果。這種方式能應用於許多不同的蛋白質，包括人類激素α型干擾素（cytokine interferon-α）在內。經研究顯示，利用胜肽水凝膠與蛋白質藥物結合達到藥物緩釋的作用能在in vivo試驗中被證實，使用紅螢光蛋白mRuby3可看出，只需給予一次胜肽水凝膠與蛋白質藥物的複合體，即可讓蛋白質藥物輸送時間延長至三周。

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圖 2. Schneider研究團隊使用Liberty Blue系統，讓胜肽研究更有效率

由於合成這些特殊設計的胜肽非常具有挑戰性，先前研究團隊使用傳統的自動化胜肽合成器，用其常規條件需要許多coupling合成步驟，雖然最後有機會獲得良好的產量，但合成一段胜肽序列需要兩天時間，在此過程中亦產生了大量的廢液。Dr. Stephen E. Miller與他的團隊導入了CEM公司的Liberty Blue自動微波胜肽合成儀後，即使是最具挑戰性的胜肽序列，也能在短時間內合成完畢，同時減少溶劑使用量。研究團隊認為，使用新型的胜肽合成儀，能輕易於短時間內建構胜肽資料庫；隨著合成條件的優化，也可以做出更具挑戰性的胜肽水凝膠。