脑出血是致残率和致死率较高的疾病,严重威胁着人类健康。脑出血发生后会在脑组织内形成血肿,诱发原发性和继发性脑损伤。对于出血量较大的脑出血患者(>30 mL),首选治疗方式为手术治疗,通过手术清除血肿,可降低颅内压,减轻或者避免血肿对神经组织的压迫。但目前无论采取何种入颅手术,在临床上都无法将血肿完全清除。残留血肿内红细胞裂解后会释放出大量血红蛋白,经血红素降解,产生一氧化碳、铁离子和胆红素等物质,进而诱发继发性脑损伤。其中,铁离子作为红细胞主要的降解产物,会大量聚集于脑组织,呈现过载现象,过载的铁离子催化过氧化反应,产生自由基,进而攻击细胞蛋白质和核酸,造成细胞死亡。因此,通过干预脑出血术后铁超载有望提高其治疗效果。本课题基于影响脑出血手术治疗效果的术后铁超载,构建了载铁离子螯合剂的角蛋白凝胶作为术后的原位治疗药物。该凝胶在血肿清除手术后植入脑内,不仅可以通过凝胶吸附作用快速吸附残留血肿组织周围的过载铁离子,还可以释放包埋的药物对铁离子进行螯合,从而通过消除铁超载,缓解脑出血术后的继发性脑损伤,可为脑出血的辅助性治疗提供一种新的治疗理念和策略。本课题的主要研究内容和相应结果如下:(1)采用氧化法从人头发中提取氧化型角蛋白,作为药物载体的原材料。得到人头发角蛋白提取率为3.52±0.56%。应用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳对角蛋白的分子量进行分析,得头发角蛋白多肽片段主要分为两部分,一部分大量聚集于40-60KD,主要为α角蛋白,另一部分少量聚集于10-15KD处,主要为γ角蛋白,根据电泳结果可知,该角蛋白混合物以α角蛋白为主。应用氨基酸分析仪对角蛋白进行了氨基酸分析,所得角蛋白中一共被检测出17种氨基酸,总含量占角蛋白总质量的64.50±4.08%,除色氨酸、谷氨酰胺和天冬酰胺之外,所有氨基酸均被检测到,含量最高的为谷氨酸和精氨酸,分别占角蛋白质量的11.08±1.15%和7.01±0.57%,含量最低的为蛋氨酸、组氨酸、苯丙氨酸以及赖氨酸,含量分别占0.61±0.15%,1.03±0.06%,1.68±0.14%和1.93±0.41%。组成角蛋白的氨基酸中二硫键含量较低,所含极性亲水性氨基酸较多,表明角蛋白具有较高的亲水性。(2)采用物理交联法制备了空白角蛋白凝胶,并通过其铁离子吸附性能考察了角蛋白凝胶浓度对铁离子吸附性能的影响,得出结论为:浓度为30%的角蛋白凝胶具有最佳的铁离子吸附能力。前120min吸附最快,铁离子清除率达到27.47±1.71%,120-360min时间内,铁离子浓度下降较为平缓,凝胶的吸附率为4.64±0.49μg/mg,360min以后,铁离子浓度和凝胶吸附率皆趋于稳定。接着对空白角蛋白凝胶进行了铁离子吸附动力学拟合,通过对比,其吸附行为更符合二级吸附动力学。运用Weber-Morris内扩散动力学模型对凝胶的铁离子吸附行为进行研究,结果表明影响凝胶吸附性能的因素包括溶液中外部质量传递与内扩散,两者共同影响凝胶对铁离子的吸附。通过SEM,FT-IR,以及XRD对角蛋白进行表征,结果表明凝胶具有较好的孔隙度,孔径大小为20-100μm,大量的孔径有利于药物的装载和铁离子的吸附。XRD和FT-IR结果表明,凝胶对铁离子吸附成功。(3)采用共沉积法制备出载盐酸米诺环素角蛋白凝胶。体外释药拟合结果显示,药物主要以扩散方式进行的释放。凝胶载药量对其铁离子螯合性能影响的实验结果表明,载药量为12%的载药凝胶具有较好的铁离子螯合能力,前120min螯合较快,铁离子清除率达到44.16±2.35%,凝胶吸附率增长较快,为5.18±0.24μg/mg;120-360min时间内,铁离子螯合速度降低,凝胶吸附率增长缓慢,360min时,铁离子清除率为59.70±3.37%;360min以后,由于药物全部释放,铁离子的螯合速度减慢,720min时刻,铁离子清除率为62.38±4.14%,凝胶吸附率为7.20±0.50μg/mg。同样使用SEM,FT-IR以及XRD对载药凝胶进行表征,表明药物包埋过程为物理过程。(4)进一步通过细胞实验考察载药角蛋白凝胶对神经细胞的毒性以及神经保护性能。当凝胶浓度增大到200μg/m L时,细胞存活率明显下降,当浓度持续增高到800μg/mL时,细胞存活率降低至51.55±10.09%(P<0.01),结果表明载药角蛋白凝胶具有轻微的细胞毒性。通过向培养液中加入血红素(25μM)造成细胞铁毒性,经载药凝胶孵育受损细胞24h后,细胞存活率随着凝胶浓度升高逐渐增高,当凝胶浓度达到400μg/mL时,与对照组(50.88±15.62%)相比,细胞存活率增至94.22±8.57%,表明角蛋白凝胶对神经细胞有较好地保护作用。MAP2免疫荧光细胞化学染色及DAPI染色实验结果表明,角蛋白凝胶对过载铁毒性有较强的拮抗作用。