龐力斌, 王德平

介孔硼硅酸鹽玻璃微球藥物載體的制備及其性能表征

龐力斌, 王德平

(同濟(jì)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院, 上海 201804)

介孔二氧化硅微粒具有化學(xué)穩(wěn)定性好、比表面積大和表面易修飾等特點(diǎn), 作為藥物載體具有良好的應(yīng)用前景, 但其缺乏生物活性且生物降解緩慢等在一定程度上限制了它的應(yīng)用領(lǐng)域。為克服這些缺陷, 尋找合適的藥物載體已成為重要研究方向。與純二氧化硅相比, 硼硅酸鹽玻璃具有良好的生物活性和更高的降解速率。基于此, 本研究嘗試合成介孔硼硅酸鹽玻璃微球(MBGMs), 并表征了其在負(fù)載和釋放抗腫瘤藥物鹽酸阿霉素(DOX)過(guò)程中的載體特性和材料降解引發(fā)的各種功能性離子的釋放行為。結(jié)果表明BMGMs具有約25 mg/g的DOX負(fù)載量,引入硼不僅可以調(diào)控MBGMs的化學(xué)活性和降解速率, 而且較高硼含量的MBGMs可促進(jìn)酸性條件下的藥物釋放, 具有一定的酸性響應(yīng)性。此外, MBGMs可在模擬體液中釋放SiO44–、BO33–和Ca2+等有益骨組織生長(zhǎng)的功能性離子, 并誘導(dǎo)生成羥基磷灰石, 具備良好的離子緩釋能力和體外礦化活性。因此, MBGMs作為一種新穎的藥物載體材料, 既可作為藥物和功能離子的雙重負(fù)載, 又具有良好的生物活性和降解特性, 在病理性骨缺損修復(fù)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

藥物載體; 硼硅酸鹽玻璃; 酸性響應(yīng)性; 生物活性材料

硼硅酸鹽生物玻璃是在二氧化硅網(wǎng)絡(luò)中引入B、Ca、P等組分制成的一種生物活性玻璃, 硼硅酸鹽生物玻璃具有良好的生物相容性, 通過(guò)調(diào)節(jié)化學(xué)組成可以調(diào)控生物活性和降解速率, 同時(shí)釋放對(duì)組織損傷修復(fù)有益的離子(SiO44–、BO33–、Ca2+等), 促進(jìn)干細(xì)胞的增殖和分化, 在骨組織工程領(lǐng)域已引起廣泛關(guān)注[6-7], 但其作為藥物載體的研究尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

眾所周知, 在二氧化硅的玻璃網(wǎng)絡(luò)中添加適量的其它網(wǎng)絡(luò)形成體, 例如B元素, 即可有效調(diào)節(jié)玻璃的微觀結(jié)構(gòu)和性能。因此, 若將硼硅酸鹽玻璃作為藥物載體, 則不僅具有相當(dāng)于介孔二氧化硅顆粒的藥物負(fù)載功能, 而且有望實(shí)現(xiàn)可控的降解速率。此外, 若在玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中引入各種有益的元素(Ca、Sr、Cu等), 還可具有成骨和成血管等功能[8], 在病理性骨缺損修復(fù)治療中發(fā)揮積極的輔助治療作用, 因而具有較高的應(yīng)用價(jià)值[9-10]。

本研究合成了不同B含量的介孔硼硅酸鹽玻璃微球(MBGMs), 并對(duì)其理化性質(zhì)進(jìn)行了表征; 通過(guò)測(cè)定其負(fù)載抗癌藥物阿霉素(DOX)的載藥量和釋放曲線, 評(píng)價(jià)了該藥物載體的應(yīng)用潛力; 通過(guò)體外測(cè)定SiO44–、BO33–、Ca2+等離子濃度變化而研究其離子釋放行為, 評(píng)估其作為組織修復(fù)材料的體外生物礦化活性; 最后, 討論了MBGMs作為一類新穎的藥物載體在藥物緩釋和離子遞送等方面的積極作用和在骨修復(fù)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 材料

研究所用的化學(xué)試劑, 包括硅酸四乙酯(TEOS)、氨水(NH4OH, 25%)、硼酸三丁酯(TBB)、磷酸三乙酯(TEP)、四水硝酸鈣(CN)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和無(wú)水乙醇(≥99.7%)均為分析純, 購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。鹽酸阿霉素(DOX)購(gòu)自酷爾化學(xué)科技(北京)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 介孔硼硅酸鹽玻璃微球的合成

本研究制備了具有不同B2O3摩爾含量(0、10%、20%和40%)的MBGMs, 并將其分別命名為MBGMs-0B、MBGMs-10B、MBGMs-20B和MBGMs-40B, 所設(shè)計(jì)的MBGMs的化學(xué)組分如表1所示。

采用改進(jìn)的St?ber方法[11]制備: 首先, 將0.175 g CTAB和一定量的TEOS (MBGMS-0B、MBGMs- 10B、MBGMs-20B和MBGMs-40B分別為3.0、2.2、1.6和0.7 mL)加入到含有80 mL去離子水和40 mL無(wú)水乙醇的溶液中, 然后在40 ℃恒溫磁力攪拌下將1 mL氨水加入上述溶液中, 用于引發(fā)TEOS的水解和聚合反應(yīng)。攪拌10 min后, 先后逐滴加入一定量的TBB (MBGMS-0B、MBGMs-10B、MBGMs- 20B和MBGMs-40B分別為0、1.1、1.9和3.3 mL)和一定量的TEP (MBGMS-0B、MBGMs10B、MBGMs-20B和MBGMs-40B分別為0.30、0.27、0.25和0.21 mL)。攪拌30 min后, 再加入一定量的CN(MBGMS-0B、MBGMs-10B、MBGMs-20B和MBGMs-40B分別為1.9、1.7、1.5和1.3 g), 并繼續(xù)攪拌3 h。然后經(jīng)4000 r/min離心5 min將得到的顆粒分離出來(lái), 用去離子水洗滌3次后, 在60 ℃下干燥過(guò)夜。最后將顆粒在600 ℃下燒結(jié)4 h (加熱速率: 1 ℃/min)后即可得到不同B2O3含量的MBGMs微球。

本文在分析中國(guó)京津冀、長(zhǎng)三角和珠三角城市群城鎮(zhèn)居民生活電力消費(fèi)趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用STIRPAT模型分析了三大城市群城鎮(zhèn)居民生活電力消費(fèi)的影響因素，認(rèn)為京津冀城市群城鎮(zhèn)居民用電呈現(xiàn)“產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)主導(dǎo)型”模式，長(zhǎng)三角城市群城鎮(zhèn)居民用電呈現(xiàn)“人口主導(dǎo)型”模式，珠三角城市群城鎮(zhèn)居民用電呈現(xiàn)“收入主導(dǎo)型”模式。依據(jù)三大城市群各有特色的城鎮(zhèn)居民生活用電模式，為推動(dòng)城鎮(zhèn)居民生活能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，促進(jìn)各城市群，提出如下建議:

1.2.2 MBGMs表征

通過(guò)透射電子顯微鏡(TEM, Joel JEM-2100F)和能譜儀(EDS, Joel JEM-2100F)、掃描電子顯微鏡(SEM, FEI Quanta 200F)和X射線衍射(XRD, Rigaku D/max2550)對(duì)MBGMs的微觀形貌和物相進(jìn)行表征。通過(guò)氮吸附和解吸測(cè)試分析MBGMs的結(jié)構(gòu)特征(NOVA 2200e, Quantachrome Autosorb)。

表1 MBGMs的設(shè)計(jì)摩爾組成

為評(píng)估MBGMs的體外礦化活性, 將MBGMs微球浸泡在模擬體液(SBF)中一定時(shí)間后, 通過(guò)SEM和XRD觀察和分析羥基磷灰石(HA)的生成。此外, 通過(guò)電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES, PerkinElmer Optima 8300)研究MBGMs在磷酸鹽緩沖鹽液(PBS)中的降解速率和離子釋放行為。具體過(guò)程為: 將10 mg MBGMs微球浸泡在10 mL PBS溶液中, 每天取出5 mL PBS溶液分析所含的各種離子濃度, 同時(shí)將5 mL新鮮PBS補(bǔ)充到浸泡液中。所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次(=3)。

1.2.3 載藥量和釋放曲線測(cè)定

抗癌藥物DOX的負(fù)載實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下: 將0.4 g MBGMs分散在20 mL的0.5 mg/mL DOX溶液中攪拌12 h, 然后以8000 r/min的速度離心10 min, 收集上清液用于測(cè)試DOX濃度, 同時(shí)收集MBGMs顆粒,用去離子水洗滌并干燥24 h (=3)。所得顆粒命名為MBGMs@DOX。DOX負(fù)載量()根據(jù)下式計(jì)算:

其中,0為原DOX溶液濃度(0.5 mg/mL),1為離心后上清液中DOX濃度,為DOX溶液體積(20 mL),為MBGMs顆粒質(zhì)量(為最大理論載藥量, 未將洗滌過(guò)程的損失計(jì)算在內(nèi))。

DOX的釋放曲線按如下方法測(cè)定: 通過(guò)攪拌和超聲將15 mg MBGMs@DOX分散在2 mL不同pH的PBS緩沖液中。然后, 將2 mL分散液加入預(yù)處理的透析袋中(截留分子量為7000 Da)后, 將透析袋密封并浸入18 mL pH相同的緩沖液中, 放入37 ℃恒溫振蕩器中以100 r/min的速度振蕩。在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間點(diǎn), 取出4 mL浸泡液測(cè)試DOX濃度, 同時(shí)將4 mL新鮮緩沖液補(bǔ)充到浸泡液中(=3)。釋放的DOX的質(zhì)量()按下式計(jì)算:

其中,為釋放的DOX總量,C為第次所取浸泡液的DOX濃度,為緩沖液體積(20 mL),0為每次所取浸泡液體積(4 mL)。

通過(guò)紫外–可見(jiàn)吸收光譜儀測(cè)試DOX溶液的濃度。實(shí)驗(yàn)前配置了一系列不同DOX濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液, 并繪制了吸光度–DOX濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線, 然后通過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)曲線來(lái)確定DOX濃度。

2 結(jié)果與討論

圖1顯示了MBGMs微球的TEM照片, 表明改進(jìn)的St?ber法成功合成了直徑約400 nm的單分散介孔微球。表2是根據(jù)能譜分析(EDS)結(jié)果所計(jì)算得到的MBGMs的實(shí)際組成, 結(jié)果顯示MBGMs的組成呈現(xiàn)硼含量梯度變化趨勢(shì)。圖2(A～D)是MBGMs微球的SEM照片, 與TEM照片相似, 都顯示實(shí)驗(yàn)成功制備了粒徑約400 nm的單分散微球。所制備的微球XRD圖譜(圖3(A))顯示, 4種MBGMs均為無(wú)定形材料。可見(jiàn), 本研究成功合成了單分散、無(wú)定形的介孔硼硅酸鹽玻璃微球。

為了評(píng)估MBGMs的體外礦化活性, 將MBGMs微球浸泡于SBF模擬體液(pH 7.4)中觀察磷灰石的生成情況。SEM照片表明浸泡3 d后MBGNs微球的表面變得粗糙(圖2(A1～D1)), 有礦物沉積, XRD結(jié)果證實(shí)了該礦物為羥基磷灰石(圖3(B))。礦化結(jié)果表明MBGMs可以誘導(dǎo)羥基磷灰石生成, 具有良好的體外生物活性, 在骨缺損修復(fù)和再生領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用潛力[12-13]。

圖1 MBGMs的TEM照片

(A) MBGMs-0B; (B) MBGMs-10B; (C) MBGMs-20B; (D) MBGMs-40B

表2 根據(jù)EDS能譜所計(jì)算的摩爾MBGMs組成

圖2 MBGMs在SBF中浸泡3 d前(A～D)和后(A1～D1)的SEM照片

(A, A1) MBGMs-0B; (B, B1) MBGMs-10B; (C, C1) MBGMs-20B; (D, D1) MBGMs-40B

圖3 MBGMs在SBF中浸泡3 d前(A)后(B)的XRD圖譜

圖4 MBGMs氮?dú)馕?解吸附等溫線(A)、MBGMs在pH=5的PBS中浸泡3 d前(B)和后(C)的孔徑分布

根據(jù)氮吸附/解吸附結(jié)果, 由BET理論計(jì)算MBGMs-0B、MBGMs-10B、MBGMs-20B和MBGMs-40B四種MBGMs微球的比表面積分別為259、231、221和212 m2/g。此外, 四種MBGMs的等溫線表現(xiàn)為IV型等溫線, 回滯環(huán)的形狀表明MBGMs為具有窄孔徑分布的介孔材料(圖4(A)), 孔徑分布集中在4 nm左右(圖4(B)), 以上結(jié)果表明MBGMs具有較高的比表面積和較窄的孔徑分布, 是一種潛在的藥物載體。MBGMs在PBS溶液(pH 5)中浸泡3 d后的孔徑分布如圖4(C)所示, 浸泡后微球孔徑分布發(fā)生變化, 孔徑逐漸變大, 而且孔徑增大的程度與B2O3含量有關(guān)。B2O3含量越高, 孔徑增大的程度越大, 其中MBGMs-40B的孔徑變化范圍最大。這是由于引入硼降低了玻璃結(jié)構(gòu)的致密性和玻璃抵抗酸腐蝕的能力, 在酸性條件下, 微球的微觀結(jié)構(gòu)更容易被破壞, 導(dǎo)致孔徑更容易擴(kuò)大。

為了研究MBGMs的降解和離子釋放行為, 通過(guò)ICP-OES測(cè)定了各種離子在PBS浸泡液中的濃度。結(jié)果表明MBGMs可以釋放多種離子到浸泡液中(圖5)。而且隨著硼含量增大, 降解速率逐漸增大, 其中MBGMs-40B的化學(xué)活性最高, 降解最快。在所有MBGMs中, SiO44–、BO33–和Ca2+離子都可有效釋放, 表明MBGMs除了可作為載體緩釋藥物, 還可緩釋SiO44–、BO33–和Ca2+等功能性離子, 促進(jìn)骨組織再生的生物學(xué)功能[14-15]。

為了驗(yàn)證MBGMs作為藥物載體的可行性, 本實(shí)驗(yàn)首先測(cè)試了MBGMs負(fù)載抗癌藥物DOX的負(fù)載量。根據(jù)測(cè)試結(jié)果計(jì)算的MBGMs-0B、MBGMs- 10B、MBGMs-20B和MBGMs-40B的DOX負(fù)載量分別為(24.85±0.50)、(24.80±0.53)、(24.53±0.64)和(24.50±0.71) mg(DOX)/g(MBGMs)。DOX釋放曲線(圖6)顯示, MBGMs@DOX可以將DOX有效釋放到模擬體液中。4種微球7 d的藥物釋放量均未超過(guò)40%, 可能是受到藥物釋放機(jī)理的限制, 因?yàn)樗幬镏饕ㄟ^(guò)物理吸附作用負(fù)載并利用濃度差擴(kuò)散, 其釋放量在體積有限的溶液中達(dá)到相對(duì)平衡, 表現(xiàn)為后期釋放相對(duì)平緩, 尤其是在酸性條件下, 微球被侵蝕和降解, 導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變得疏松多孔, 對(duì)藥物的吸附作用增強(qiáng), 會(huì)更早達(dá)到平衡值。其中MBGMs- 0B@DOX和MBGMs-10B@DOX在酸性條件下(pH 5)釋放的藥物比在生理模擬條件下(pH 7.4)釋放的藥物少, 而MBGMs-20B@DOX和MBGMs- 40B@DOX在酸性條件下釋放的藥物比在偏堿性條件下更多更快, 表現(xiàn)出一定的酸性響應(yīng)性釋放, 這對(duì)骨髓炎以及骨腫瘤等病理微環(huán)境通常為酸性的病變區(qū)域來(lái)說(shuō), 其藥物遞送具有積極意義[16-17]。

圖5 MBGMs在PBS中降解釋放Si(A)、B(B)和Ca(C)離子的釋放曲線

圖6 MBGMs@DOX在不同pH的PBS中的DOX釋放曲線

(A) MBGMs-0B@DOX; (B) MBGMs-10B@DOX; (C) MBGMs-20B@DOX; (D) MBGMs-40B@DOX

對(duì)于較低和無(wú)B含量的樣品, 酸性條件的藥物釋放慢于生理環(huán)境, 其原因推測(cè)如下: 在偏堿性的生理?xiàng)l件下, 微球中的Si會(huì)與OH–發(fā)生反應(yīng), 微球發(fā)生降解, 導(dǎo)致較高的藥物釋放量; 而B(niǎo)含量較低時(shí), 微球穩(wěn)定性也較高, 微球抗酸腐蝕能力較強(qiáng), 造成微球在酸性條件下降解較慢, 藥物僅憑濃度差進(jìn)行擴(kuò)散釋放。這兩方面的作用導(dǎo)致MBGMs- 0B@DOX和MBGMs-10B@DOX在酸性條件下藥物釋放量低于生理環(huán)境。

隨著硼含量增大, MBGMs微球的化學(xué)穩(wěn)定性逐漸降低, 抗酸腐蝕能力下降, 微球更容易降解(圖5),導(dǎo)致MBGMs-20B@DOX和MBGMs-40B@ DOX在酸性條件下的藥物釋放比較高。而這與MBGMs-20B和MBGMs-40B在酸性條件下孔徑會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大的結(jié)果一致, 其中在酸性PBS中浸泡3 d后, MBGMs的孔徑普遍變大, 孔徑變化程度依次為MBGMs-40B> MBGMs-20B>MBGMs-10B>MBGMs- 0B(圖4(C))。

MBGMs活性的提高主要是由于引入B降低了二氧化硅網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性, 因?yàn)锽2O3-SiO2玻璃由[BO3]三角體和[SiO4]四面體兩種結(jié)構(gòu)單元組成, 而[BO3]三角體會(huì)形成二維平面結(jié)構(gòu), 破壞[SiO4]四面體所形成的三維立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[18]。此外, 引入其他成分如P2O5和CaO也可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)B2O3-SiO2玻璃的穩(wěn)定性[19]。因此, 與純二氧化硅或硅酸鹽玻璃相比, 本研究合成的B2O3-SiO2-P2O5-CaO硼硅酸鹽玻璃微球具有更高的降解速率。正是由于硼硅酸鹽玻璃更高的降解速率和組成的可調(diào)控性, 可以釋放多種功能性離子, 用于遞送各種有益離子促進(jìn)組織與細(xì)胞的增殖與分化[15,20]。

3 結(jié)論

本研究使用改進(jìn)的St?ber方法成功合成了具有不同B含量單分散的MBGMs。MBGMs具有約400 nm的粒徑、狹窄的孔徑分布(孔徑集中在4 nm左右)和較高的比表面積等特性; 可有效負(fù)載抗癌藥物DOX, 負(fù)載量約為25 mg(DOX)/g(MBGMs)。引入B可調(diào)控MBGMs的化學(xué)活性和降解速率, 特別是B含量較高的MBGMs (MBGMs-20B和MBGMs-40)B能夠在偏酸性的環(huán)境下更多更快地釋放DOX, 其藥物釋放行為表現(xiàn)出一定的酸性響應(yīng)性。同時(shí)MBGMs具有較高的降解活性和組成可調(diào)控性, 除了作為SiO44–、BO33–和Ca2+等功能性離子的遞送載體, 還具有較高的生物活性, 在模擬體液中能夠誘導(dǎo)羥基磷灰石生成, 具有良好的體外礦化活性。綜上, 本研究制備的MBGMs具有作為藥物和離子的遞送載體, 以及生物活性骨修復(fù)材料的潛力, 在病理性骨缺損修復(fù)領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。

[1] YANG B, CHEN Y, SHI J. Mesoporous silica/organosilica nano-par-ticles: synthesis, biological effect and biomedical application., 2019, 137: 66–105.

[2] CHENG W, NIE J, XU L,. pH-sensitive delivery vehicle based on folic acid-conjugated polydopamine-modified mesoporous silica nanoparticles for targeted cancer therapy.2017, 9(22): 18462–18473.

[3] CHEN Y, SHI J. Chemistry of mesoporous organosilica in nano-technology: molecularly organic-inorganic hybridization into fram-eworks., 2016, 28(17): 3235–3272.

[4] NIU D, MA Z, LI Y,. Synthesis of core-shell structured dual- mesoporous silica spheres with tunable pore size and controllable shell thickness., 2010, 132(43): 15144–15147.

[5] SHAO D, LI M, WANG Z,. Bioinspired diselenide-bridged mesoporous silica nanoparticles for dual-responsive protein deli-very., 2018: e1801198.

[6] HU H, TANG Y, PANG L,. Angiogenesis and full-thickness wound healing efficiency of a copper-doped borate bioactive glass/ poly(lactic-co-glycolic acid) dressing loaded with vitamin Eand., 2018, 10(27): 22939–22950.

[7] QI X, WANG H, ZHANG Y,. Mesoporous bioactive glass- coated 3D printed borosilicate bioactive glass scaffolds for impr-oving repair of bone defects., 2018, 14(4): 471–484.

[8] RABIEE S M, NAZPARVAR N, AZIZIAN M,. Effect of ion substitution on properties of bioactive glasses: a review., 2015, 41(6): 7241–7251.

[9] ZHAO S, LI L, WANG H,. Wound dressings composed of copper-doped borate bioactive glass microfibers stimulate angio-genesis and heal full-thickness skin defects in a rodent model., 2015, 53: 379–391.

[10] WANG H, ZHAO S, ZHOU J,. Evaluation of borate bioactive glass scaffolds as a controlled delivery system for copper ions in stimulating osteogenesis and angiogenesis in bone healing., 2014, 2(48): 8547–8557.

[11] ZHENG K, DAI X, LU M,. Synthesis of copper-containing bioactive glass nanoparticles using a modified St?ber method for biomedical applications., 2017, 150: 159–167.

[12] WANG H, ZHAO S C, ZHOU J,. Biocompatibility and osteogenic capacity of borosilicate bioactive glass scaffolds loaded with Fe3O4magnetic nanoparticles., 2015, 3(21): 4377–4387.

[13] ZHOU J, WANG H, ZHAO S,.andstudies of borate based glass microfibers for dermal repairing., 2016, 60: 437–445.

[14] MAO L, XIA L, CHANG J,. The synergistic effects of Sr and Si bioactive ions on osteogenesis, osteoclastogenesis and angioge-nesis for osteoporotic bone regeneration., 2017, 61: 217–232.

[15] WANG X, CHENG F, LIU J,. Biocomposites of copper- containing mesoporous bioactive glass and nanofibrillated cellu-lose: biocompatibility and angiogenic promotion in chronic wound healing application., 2016, 46: 286–298.

[16] TANG Z, LIU Y, HE M,. Chemodynamic therapy: tumour microenvironment-mediated fenton and fenton-like reactions., 2019, 58(4): 946–956.

[17] JIA Q, GE J, LIU W,. A magnetofluorescent carbon dot asse-mbly as an acidic H2O2-driven oxygenerator to regulate tumor hy-poxia for simultaneous bimodal imaging and enhanced photody-namic therapy., 2018, 30(13): e1706090.

[18] LI H C, WANG D G, HU J H,. Effect of the partial subs-ti-tution of K2O, MgO, B2O3for CaO on crystallization, structure and properties of Na2O-CaO-SiO2-P2O5system glass-ceramics., 2013, 106: 373–376.

[19] BRINK M. The influence of alkali and alkaline earths on the working range for bioactive glasses., 1997, 36(1): 109–117.

[20] ZHANG W, ZHAO F, HUANG D,. Strontium-substituted submicrometer bioactive glasses modulate macrophage responses for improved bone regeneration., 2016, 8(45): 30747–30758.

Drug Carrier Based on Mesoporous Borosilicate Glass Microspheres: Preparation and Performance

PANG Libin, WANG Deping

(School of Materials Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China)

Mesoporous silica particles have characteristics of excellent chemical stability, large specific surface area and convenient surface modification, showing promising application in drug carriers. However, their lack of bioactivity and slow biodegradation rate limit this application. To overcome these shortcomings, creating suitable biomaterials for drug carriers has become an indispensable and, therefore, important research direction in materials science. Compared with pure silica or silicate glasses, borosilicate glasses with excellent bioactivity degrade faster, enabling them suitable and favorable for drug carriers. Here, we synthesized mesoporous borosilicate glass microspheres (MBGMs) and characterized their properties of loading and releasing an antitumor drug, doxorubicin hydrochloride (DOX), and releasing their own various ions triggered by degradation. The results showed that BMGMs had a DOX loading amount of about 25 mg/g. Introduction of boron improved chemical activity and degrading rate of MBGMs, resulting in more DOX released in acidic enviroment than alkaline condition, which displayed a certain acid-responsive drug releasing behavior. Meanwhile, MBGMs can release functional ions such as SiO44–, BO33–and Ca2+, and induce hydroxyapatite formation, indicating sustained ion releasing ability and excellent bioactivity. Altogether, MBGMs, as a novel kind of drug carrier, have a potential application in the field of pathological bone defect repairing.

drug carrier; borosilicate glass; acid sensibility; bioactive material

1000-324X(2022)07-0780-07

10.15541/jim20210621

TQ174

A

2021-10-07;

2021-11-24;

2021-12-16

國(guó)家自然科學(xué)基金(51772210); 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2018YFC1106302)

National Natural Science Foundation of China (51772210); National Key R&D Program of China (2018YFC1106302)

龐力斌(1997–), 男, 博士研究生. E-mail: panglibin@foxmail.com

PANG Libin (1997–), male, PhD candidate. E-mail: panglibin@foxmail.com

王德平, 教授. E-mail: wdpshk@#edu.cn

WANG Deping, professor. E-mail: wdpshk@#edu.cn