新型水凝胶可延长生物制品的保质期

科学家们设计了一种新型水凝胶，使抗体、酶和蛋白质疫苗等生物制剂能够承受更大范围的温度波动而不丧失其功能。这种水凝胶可能提供一种存储和运输生物制品的新方法，降低与冷链相关的成本和健康风险。

“2020年，冷链服务的整体市场规模为172亿美元，预计到2024年将增至213亿美元，”科学家们在发表在《科学进展》上的工作报告中写道(“多种生物制剂的热稳定性”)使用可逆水凝胶”)。苏黎世联邦理工学院分子工程实验室助理教授MarkTibbitt博士领导了这项工作。

大多数生物制剂从生产线到注射到人手臂中都需要严格的温度调节。即使在最好的情况下，保持冷链上的恒温也是一项具有挑战性的任务。例如，在撒哈拉以南非洲和其他发展中地区，有限的交通基础设施和不可靠的电力使交付可行产品面临的巨大挑战雪上加霜。

“把它想象成一个鸡蛋，”蒂比特实验室的博士研究员布鲁诺·马尔科·杜福特在谈到一种基于蛋白质的生物制剂时解释道。“在室温下或在冰箱中，鸡蛋保持其粘稠的蛋白质结构，但一旦遇到沸水或煎锅，其结构就会永久改变。”

为了克服这一挑战，Tibbit的团队与苏黎世联邦理工学院的其他人员以及科罗拉多州NanolyBioscience的企业家合作，开发了一种新型水凝胶，可以封装蛋白质并使它们能够承受更大范围的温度波动。

他们写道：“我们的方法基于动态共价硼酸酯交联的使用，这种交联在生理条件下很容易形成。”“基于硼酸酯的水凝胶已被用作响应性药物输送系统、动态细胞培养支架和糖传感材料。”

该团队在一系列生物制剂(临床诊断酶、蛋白质疫苗，甚至整个病毒)上测试了这些水凝胶，并成功通过封装对它们进行热稳定。他们写道：“保护作用归因于生物制品周围聚合物网络的形成，这限制了它们的流动性，并在物理上阻止它们彼此相互作用，减少了暴露于热后的聚集和生物活性损失。”

封装允许的冷链温度范围为25至65°C(75至150°F)，而不是传统的2至8°C(35至45°F)范围。最重要的是，封装的货物只需添加糖溶液即可释放，从而可以在使用时轻松按需回收。

此外，初步毒理学数据表明凝胶成分在体内使用是安全的。

在将水凝胶广泛应用于生物制剂之前，需要进行更多的研究、安全性研究和临床试验。但它们是朝着正确方向迈出的一步。它们更直接的用途是运输研究环境中使用的热敏酶或蛋白质分子。