中山大學附屬第八醫院李蘿園團隊AS綜述： 刺激-響應型水凝膠用于炎癥治療的最新研究進展

【導讀】 ?

刺激響應型水凝膠是一種快速發展的功能高分子材料，其能夠主動響應周圍環境的差異性，并以體積收縮-溶脹等特征進行反映，在眾多領域中顯示出巨大的應用前景。然而，其針對體內各類炎癥治療方面的研究綜述鮮有報道。本文全面總結了刺激-響應水凝膠在炎癥治療領域的獨特優勢，從刺激響應方法和材料類型出發，系統梳理了刺激-響應水凝膠在炎癥治療應用中的最新進展。最后，文章深入探討了該領域現有挑戰和發展前景。本文旨在為刺激-響應水凝膠在炎癥治療的臨床轉化方面提供重要指導。該綜述同時被選為Advanced Science雜志2024年度期刊全刊首封（Frontispiece）。

?【核心焦點】

失控的炎癥反應會導致組織或器官嚴重的功能障礙，使用抗炎藥物進行干預是目前臨床治療中最常用的方法，但許多一線藥物都存在溶解度差、滲透性差、滯留時間短及長期耐藥性等局限性，有些種類甚至會出現嚴重的副作用。為了解決這些問題，科研人員設計了一系列藥物遞送系統，致力于實現藥物安全、準確遞送。其中，刺激-響應型水凝膠由于具有良好的生物相容性、設計靈活性和獨特的物理化學性質，可以選擇性響應不同環境刺激，如內源因子響應包括溫度響應、酸堿響應、氧化還原響應、酶響應；外源響應包括光響應、電響應、超聲響應、磁響應以及多重響應。重點闡述了不同環境響應型水凝膠在藥物控釋、炎癥傷口修復、生物組織工程、生物傳感器等方面的應用，同時還介紹了一些典型和常見的炎癥及其癥狀、發病機制和治療方法。

圖1. 刺激-響應型水凝膠用于各類炎癥治療

【內容概覽】

通常，水凝膠載藥系統由水凝膠基質及其內含物（如藥物分子、生物大分子、探針等）組成，不同水凝膠基質的應用通常取決于它們的不同性質。此外，不同修飾基團可以賦予水凝膠不同的刺激響應特性。本文全面總結了用于形成水凝膠基質的材料可以分為合成材料和天然材料：以聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯酰胺（PAAm）及其衍生物、聚乙烯醇（PVA）和聚磷腈（PPZ）等為代表的合成水凝膠；以殼聚糖（CS）、聚乳酸（PLA）、右旋糖酐、瓜爾膠（GG）、膠原蛋白及其衍生物等為代表的天然水凝膠，被廣泛用于研究刺激響應性藥物遞送。除了這些常見材料形成的水凝膠外，許多由蛋白質、核酸等生物分子組成的新型水凝膠，也引起了科學家們極大的關注。

根據刺激的類型，刺激-響應型水凝膠可分為內源刺激和外源刺激兩種：

內源刺激響應型水凝膠是指依賴于病理組織內部的生物物化特性促使水凝膠體系的性狀改變：各種炎癥介質如ROS、NO、H⁺、GSH、酶等和細胞因子在炎癥反應中被釋放并發揮重要作用，逐漸被開發為觸發水凝膠的開關。這些內源性因子響應水凝膠可以在沒有外部刺激的情況下進行反映，這種機制使這些水凝膠既方便又有效。外源刺激響應型水凝膠是指外在施加能量形式用以激活水凝膠：如利用熱、光、磁場、機械力或者聲波等進行主動調控，發揮更佳的疾病治療潛能。

圖2.?內源刺激響應型水凝膠??

圖3.?外源刺激響應型水凝膠

【成果啟示】

該綜述全面調研了目前國內外學者利用刺激-響應水凝膠在炎癥治療領域的研究進展及其在未來臨床應用方面面臨的挑戰：

1）智能集成式刺激-響應凝膠：集多種功能于一體的刺激-響應水凝膠獲得越來越多的關注，其除了可以輸送干細胞、抗炎藥物外，還可以同時實現熒光成像、修復受損組織、免疫調節、聯合治療等。同時，將刺激-響應水凝膠與可穿戴設備或刺激-響應手機結合起來，有望實現對炎癥進展的動態監控。

2）新型生物凝膠的開發和未來臨床轉化：雖然以聚合物為基質的水凝膠已經取得了令人矚目的進展，但其在炎癥治療中的實際應用還需要更嚴格的實驗和評估。刺激-響應型水凝膠的發展作為一門新興的交叉學科，必然離不開醫學和藥理學的進步，這對臨床轉化至關重要。

原文詳情： Stimulus-Responsive Hydrogels as Drug Delivery Systems for Inflammation Targeted Therapy.?Adv. Sci. 2023, 11 (1), 2306152。

原文鏈接：http://doi.org/10.1002/advs.202306152

封面鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202470004?

致謝：感謝國家自然科學基金、深圳市科技計劃資助項目、中山大學附屬第八醫院人才引進計劃、中國博士后科研基金等項目在團隊中給予的相應資助。

李蘿園，中山大學附屬第八醫院副研究員、碩士生導師，深圳市高層次專業人才，中山大學“百人計劃”引進人才。主持多項國家自然科學基金項目、省部級科學基金，并獲得清華-北大生命科學聯合中心杰出博士后資助項目。共發表學術論文20余篇，以第一/通訊作者身份在國際高水平學術期刊Adv. Mater.、Adv.Sci.、ACS Nano等發表論文15篇（影響因子大于10.0的11篇），課題組長期刺激響應水凝膠、多功能給藥系統和近紅外光學成像探針的開發以及它們在生物醫學領域的應用研究。

周晶，首都師范大學教授，博士生導師，北京市教委“青年拔尖人才”、北京市組織部“青年拔尖人才”；主持國家、省部級科研項目10余項，包括國家自然科學基金重大研究計劃培育項目、國家自然科學基金面上項目、北京市自然科學基金-市教委聯合資助科技計劃重點項目等。共發表學術論文70余篇，以第一/通訊作者身份在國際高水平學術期刊Nat. Commun.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等發表論文55篇（影響因子大于10.0的31篇），累計他引6000余次，單篇最高他引1500余次。入選全球學者庫公布的“全球學者庫頂尖前10萬科學家”及全球前2%頂尖科學家科學影響力排行榜單。

付立民，中國人民大學教授，博士生導師。主持多項國家級科研項目，包括主持國家自然科學基金重大項目成員、國家自然科學基金面上項目等，共發表學術論文40余篇，以第一/通訊作者身份在國際高水平學術期刊Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano等發表論文20余篇（影響因子大于10.0的15篇），長期從事光學功能納米材料的合成和物化性能、能量傳遞機制探究，以及其在生物醫學領域、環境效應方面的應用研究。