Design of High-Payload Silk/Butyrate Materials for Immunomodulation

丝素 材料科学 丁酸盐 纳米技术 限制 渲染(计算机图形) 控制释放 纳米颗粒 水溶液 自愈水凝胶 药物输送 海绵 丝绸 桥接(联网) 生物医学工程 计算机科学 内生 生物物理学
作者
Logan D. Morton,J. Gilbert,Daniel V. Percac,Yumeng Xiao,Charlotte S. Jacobus,Ying Luo,David L. Kaplan
出处
期刊:ACS Macro Letters [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsmacrolett.5c00809
摘要

Short-chain fatty acids (SCFAs) such as butyrate are powerful immunomodulators, but their therapeutic translation is severely limited by volatility, rapid metabolism, and poor bioavailability, rendering most conventional polymeric delivery systems ineffective at achieving sustained, biologically relevant exposure. Here, we introduce silk fibroin (SF) as a high-payload, morphology-tunable carrier for volatile metabolites and demonstrate its ability to overcome some of these limitations. Leveraging silk's unique combination of aqueous processability, structural stability, and controllable degradation, we fabricated butyrate-loaded nanoparticles and porous sponges with independently tunable loading and release profiles spanning multiple days. While all formats enabled sustained Fickian release, biological efficacy was strongly form-factor dependent. Critically, nanoparticle-mediated delivery, rather than total butyrate dose, was required to reprogram inflammatory macrophages, driving a pronounced increase in anti-inflammatory IL-10 and promoting M1-to-M2 polarization, whereas diffusely releasing sponge formats were ineffective. These findings establish that material morphology, not release rate alone, governs the immunological outcome of SCFA delivery. More broadly, this work positions silk fibroin as a generalizable platform for the delivery of volatile and rapidly metabolized endogenous metabolites, enabling new therapeutic strategies in immunomodulation and metabolic medicine.
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