黎永富教授團隊Adv. Healthc. Mater.：能雙相化學感應內部信號的生物啟發緩釋材料，及其所形成的輸送跟蹤系統

【背景介紹】

多年來，盡管文獻中報道了大量的輸送跟蹤系統，但是缺乏能夠在治療過程中同時監測多個因素的材料。此外，目前大多數現有的輸送跟蹤系統都依賴于復雜的機器設備（例如，正電子發射斷層掃描和單光子發射計算機斷層掃描）和繁瑣的測量程序。這阻礙了這些系統在常規臨床實踐中的應用。由于許多這些系統需要使用對比度增強劑或金屬納米晶體才能正常運行，這使情況變得更加復雜。如果任何毒性對比增強劑和納米晶體隨藥物一起釋放到體內，則這會干擾治療劑的裝載和釋放，并增加載藥系統的毒性。

生物熒光是與信息傳遞相關的功能過程，而響應內部生理信號的能力是細胞的獨特屬性。受細胞中這種獨特信號處理特性以及生物熒光在信息傳遞中可能發揮的作用的啟發，在這項研究中黎教授團隊近期開發了一種仿生智能緩釋材料，即CPS，它可以將內部化學信號的變化傳遞給外部的發光變化，以傳達有關材料實時狀態的信息（圖1A） ，以用于持續跟蹤傷口治療中局部藥物的遞送過程。

【成果簡介】

近日，香港中文大學（深圳）切哈諾沃精準和再生醫學研究院PI黎永富教授的團隊報道了一種具有能夠針對傷口治療中雙相化學感應內部信號的生物啟發藥用緩釋材料CPS。CPS可以將內部化學信號的變化傳遞給外部的發光變化，以傳達有關材料實時狀態的信息，用于持續跟蹤傷口治療中的局部藥物遞送過程。在跟蹤過程中，既不需要復雜的設備，也不需要額外的對比度增強劑。與常規發光聚合物系統（其發射來自π共軛結構）不同，CPS表現出簇集發光（CTE）。在皮膚穿孔組織修復模型的臨床前試驗中，它成功地加快了傷口閉合的速度，減少了炎性細胞的浸潤，并增強了膠原蛋白的沉積。重要的是，類似于可以響應內部信號（例如，內部信號分子的濃度和磷酸化狀態）的活細胞，它還可以將內部化學信號（尤其是載藥分子數量和氧化狀態的變化）的變化轉換成其固有發光的變化，從而實現雙相化學傳感，以防止在傷口治療中由鹽酸米諾環素引起的皮膚色素沉著的發生。此外，CPS還易于制備，且具有生物相容性好、載藥效率高、釋放可持續性好等優點，在未來的傷口治療中具有發展成為智能化固態設備的潛力。研究成果以題為“A Bioinspired, Sustained-Release Material in Response to Internal Signals for Biphasic Chemical Sensing in Wound Therapy”發表在國際著名期刊?ADV. HEALTHC. MATER.上。

【圖文解讀】

圖1. CPS的結構表征和藥物傳遞性能

（A）根據生物熒光在信息傳遞中發揮的功能作用以及細胞對內部生理信號作出反應的能力來描繪CPS設計的示意圖。

（B）不同濃度的PS溶液的PL光譜。

（C）PS溶液在不同濃度下的PL衰減曲線。

（D）描述了用MH負載CPS進行傷口治療的示意圖。

（E）用CCS和CPS處理后的3T3，HDF和HaCaT細胞的活力a）在沒有或b）在處理后24小時培養。

（F）PEI，CS，PS，SC，CCS和CPS介導的溶血程度。

（G）CCS和CPS的血液吸收能力。紗布用作對照。

（H）CCS，CPS，CCS-L，CPS-L，CCS-H和CPS-H的包封效率EE和負載效率LE。

（I）CCS，CPS，CCS-L，CPS-L，CCS-H和CPS-H在室溫（RT）和體溫（BT）釋放MH的曲線。

（J）由a，d）MH浸透的濾紙，b，e）CCS / M和c，f）CPS / M對a–c）金黃色葡萄球菌和d–f）大腸桿菌誘導的抑制區圖像。比例尺= 20mm。

（K）對于a）金黃色葡萄球菌和b）大腸桿菌，由MH浸泡的濾紙，CCS / M和CPS / M誘導的抑制區域面積百分比。數據表示為平均值±SD（n = 3）。用t檢驗來確定CCS和CPS的值之間的顯著性差異。未觀察到統計學上的顯著差異。

圖2. CPS在負載MH感測中的應用

（A）不同MH濃度的CPS / M的a–f）熒光圖像和g–l）光學圖像：a，g）0 μg μL^-1，b，h）0.8 μg μL^-1，c，i）1.6 μg μL^-1，d，j）2.4 μg μL^-1，e，k）3.2 μg μL^-1，f，l）4 μg μL^-1。

（B）具有不同MH濃度（μg μL^-1）的PS溶液的光學和熒光圖像。

（C）MH的吸收光譜和CPS的PL光譜。

（D）MH和氧化的MH（OM）對PS淬滅的Stern-Volmer圖。

（E）具有不同濃度（μg mL^-1）的氧化MH的CPS的PL光譜。

（F）不同PS/SC和PS/SC-OM質量-質量比：a，e，i，m）1:0，b，F，j，n）1:4，c，g，k，o）1:6，d，h，l，p）1:8的a–d，i–l）熒光和e–h，m–p）光學圖像。比例尺= 1cm。

（G）SC和SC與氧化的MH之間形成的絡合物（SC-OM）對PS的Stern-Volmer圖。

（H）SC和SC與氧化的MH之間形成的絡合物（SC-OM）的紫外可見吸收光譜。

圖3. 負載MH的CPS在傷口治療中的效率

（A）在第0天，第3天，第6天和第9天傷口的照片。比例尺＝5mm。

（B）藥物釋放過程中不同時間間隔拍攝的a）CPS和B）CPS/M的光學和熒光圖像。

（C）藥物釋放過程第0天、第2天和第4天CPS/M在雙相跟蹤初期的PL光譜

（D）藥物釋放過程第4天、第5天、第7天和第9天CPS/M在雙相跟蹤第二階段的PL光譜。

（E）第9天用H&E和Masson三色染色的新肉芽組織切片的代表性圖像。所選區域的放大圖像放在原始圖形的右側。黑色箭頭表示新形成的血管。比例尺=100μm。

【小結】

生物熒光是生物信息傳遞的一個功能過程，而對內部生理信號的反應能力是活細胞的一個特性。作者首次整合了這兩個過程來生成仿生智能緩釋材料CPS。在這項研究的臨床前試驗中，CPS有效促進了藥物增強傷口閉合的作用，并且還成功地將內部信號的變化（特別是載藥量和氧化狀態）傳遞到外部表型（發光強度的變化），以便在傷口治療過程中實現雙相化學傳感。由于其良好的生物相容性、高的藥物釋放可持續性和易于制備，CPS作為一種智能化和人性化的治療系統，在臨床應用中值得進一步發展。

文獻鏈接：A Bioinspired, Sustained-Release Material in Response to Internal Signals for Biphasic Chemical Sensing in Wound Therapy（ADV. HEALTHC. MATER.,?2020, DOI: 10.1002/adhm.202001267）

【通信作者簡介】

黎永富教授現任香港中文大學（深圳）切哈諾沃精準和再生醫學研究院PI，他也為該大學生命與健康科學學院的博導﹑助理教授﹑校長青年學者。在加入學院前，黎教授在韓國首爾延世大學和香港大學從事博士后工作，亦曾在深圳大學藥學院擔任助理教授及香港理工大學應用生物及化學科技學系兼任助理教授。他于2014 年曾獲英國皇家生物學會認定為特許生物學家；2018 年，黎教授獲深圳市“海外高層次人才”（B類）認定，同年亦獲英國皇家化學會認定為特許化學家；2019 年獲深圳市南山區 “領航人才” (B類) 稱號。黎教授主要通過工程技術與傳統材料化學的融合，研發能用于生物醫學及藥劑應用上的高分子材料。迄今他在Advanced Functional Materials, Chemistry of Materials, Nanoscale, ACS Applied Materials and Interfaces, Biomaterials, 和 Journal of Controlled Release 等SCI期刊發表了多篇論文，并獲得了韓國和美國的專利。黎教授亦出版了多部學術專著，并為多本期刊審稿與擔任編輯工作。

本文由?Eric Wong 供稿。