《Biomaterials》：Development of 1 Month Core-shell Microspheres Combination Formulation Containing Teriparatide for Osteoporosis Treatment.
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Teriparatide脉冲式递送系统通过W1/O/W2双乳化和PME技术制备均匀核心壳微球实现时间可控释放，小鼠实验显示其骨形成与抑制骨吸收效果与每周注射相当。
冯浩远|秦颖|娜向明|刘静轩|高泽静|隋东林|魏毅|马光辉
中国科学院过程工程研究所生物化学工程国家重点实验室，北京100190，中国
摘要
特立帕肽是一种用于治疗骨质疏松症的代表性合成代谢剂；然而，其治疗效果依赖于间歇性给药，这需要频繁给药，从而限制了患者的长期依从性。为了解决这一限制，我们开发了一种基于W1/O/W2双乳液工艺与预混膜乳化（PME）技术制备的均匀核壳微球的可编程脉冲释放平台。通过精确调控聚合物相分离，特立帕肽被优先定位在微球核心内。使用7 kDa、36 kDa和78 kDa PLLA壳层构建的核壳微球在体外表现出明确的脉冲释放特征，分别在大约7天、14天和21天时发生主要释放事件，每次脉冲释放约40%的装载药物。在去卵巢小鼠中，单次给药这种复合微球制剂可增强骨形成、抑制骨吸收，并在一个月的治疗期内显著恢复小梁骨微结构，达到与每周注射特立帕肽溶液相当的治疗效果。总体而言，这些发现表明，PME辅助的相分离核壳微球能够实现特立帕肽的同步和时序可编程脉冲释放，为骨质疏松症管理中的长效肽类治疗提供了一个多功能平台。
引言
骨质疏松症是一种常见的骨骼疾病，其特征是骨量减少和骨微结构恶化，导致骨折风险增加[1]、[2]。临床上，可用的治疗方法大致分为抗吸收剂和合成代谢剂。虽然抗吸收剂（如双膦酸盐和RANKL抑制剂）可以通过抑制破骨细胞活性来降低骨折风险，但它们不会促进新骨形成，长期使用可能会损害骨质量[3]、[4]、[5]。因此，合成代谢策略对于改善骨量和长期效果至关重要。
特立帕肽是一种重组甲状旁腺激素类似物，是治疗骨质疏松症的代表性合成代谢剂，可刺激骨形成并改善骨质量[6]、[7]。值得注意的是，其治疗效果高度依赖于药物暴露的时间模式[8]、[9]。间歇性刺激可以促进成骨细胞活性并有利于骨形成，而持续暴露则会减弱成骨细胞的反应性，使骨重塑偏向于破骨细胞介导的吸收[10]、[11]、[12]。这一独特的药理特性表明，传统的缓释制剂可能不适合特立帕肽，因为持续释放会导致受体脱敏，从而可能产生不利的重塑结果[13]。相比之下，脉冲释放系统更适合保持这种时间依赖性的药理特性，通过模拟重复的间歇性刺激并在脉冲之间恢复受体敏感性，从而维持特立帕肽的合成代谢效果[14]。
为了解决这一需求，已经探索了多种特立帕肽释放系统，包括脂质体、水凝胶及其复合平台，其中一些设计结合了刺激响应或外部触发的脉冲释放策略[15]、[16]、[17]。尽管这些方法证明了调节特立帕肽释放行为的可行性，但它们通常依赖于复杂的结构或外部刺激，难以实现精确和自我调节的释放时间控制。因此，仍需要基于材料内在特性的可编程、时间控制的药物释放平台。核壳微球代表了脉冲释放的一种有前景的策略[18]、[19]，因为药物释放受壳层完整性和降解的调控。然而，它们的制备具有挑战性，因为相分离对乳化条件非常敏感。特别是，粒径和分布对释放同步性有重要影响，而传统的乳化方法往往产生异质性颗粒，导致释放不同步和重复性差[20]。
在我们之前的研究中，我们使用预混膜乳化（PME）技术开发了几种基于微球的药物释放系统[21]、[22]。这些系统具有优异的颗粒均匀性和重复性，但主要关注缓释行为。在这里，我们开发了一种基于W1/O/W2双乳液方法与PME相结合的、概念上不同的可编程脉冲药物释放平台。该平台旨在实现三阶段脉冲释放模式，每个“脉冲”在短时间内（例如24小时内）以大约7天的间隔发生快速释放事件，在此期间微球成分的三分之一释放了大部分药物负荷（通常超过40%）。通过共聚焦激光扫描显微镜和扫描电子显微镜对内部结构和药物定位进行了表征。所得微球表现出明确的核壳结构和狭窄的粒径分布，能够在群体水平上实现同步释放。我们进一步研究了控制释放行为的结构-功能关系，并通过分析聚合物降解和结构演变阐明了潜在机制，随后在体外和体内评估了生物活性。总体而言，这项工作表明，相分离核壳微球能够实现同步和可编程的多阶段脉冲释放，为特立帕肽释放提供了一种有前景的策略，并为设计具有精确时间控制的先进药物释放系统提供了一个通用框架。
材料
PLLA（相对分子质量Mw：7kDa、36 kDa和78 kDa）和PLGA（乳酸：缩水甘油酯（LA: GA）比为50/50，相对分子质量Mw：15 kDa）由山东大刚公司提供。特立帕肽来自深圳汉宇制药有限公司。聚乙烯醇（PVA）由Alpha Hi-Tech Pharmaceutical Co., Ltd.（中国）提供。预混膜乳化剂（FM0210/500M）和微孔膜（50 μm）由中科森辉提供
装载特立帕肽的均匀粒径核壳微球的制备
使用PME技术与W1/O/W2方法成功制备了装载特立帕肽的均匀粒径核壳微球（图1A）。如图1B和F所示，制备的微球在光学显微镜和SEM下显示出明显的核壳界面。根据图1D中的共聚焦激光显微镜（CLMS）结果，我们确认FITC标记的特立帕肽定位在核壳微球的核区
结论
在这项研究中，我们开发了一种基于使用W1/O/W2双乳液方法与预混膜乳化（PME）制备的均匀核壳微球的可编程脉冲药物释放平台。通过控制壳层的降解行为，该系统实现了时间可编程的药物释放，产生了模仿特立帕肽治疗所需间歇性暴露模式的脉冲释放曲线。这种设计克服了持续释放行为的问题
CRediT作者贡献声明
马光辉：监督、资源获取、资金筹集。魏毅：监督、资源获取、概念化。隋东林：方法学、研究。冯浩远：写作——原始草稿、方法学、研究、数据管理、概念化。高泽静：方法学、研究。刘静轩：监督、方法学、研究。娜向明：监督、方法学、概念化。秦颖：写作——审稿与编辑、方法学、研究
利益冲突声明
作者声明他们没有可能影响本研究报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了药物监管科学国家重点实验室基金会（项目编号：2025SKLDRS0305）的支持，并使用了中国科学院-工程-MES科学跨学科研究中心的设施进行。
