水凝膠是一類具有親水基團，能被水溶脹但不溶于水的具有網絡結構的聚合物。它能感知外界刺激的微小變化，如溫度、pH值、離子強度、電場、磁場等，并能對刺激發生敏感性的響應，通?？赏ㄟ^體積的溶脹或收縮來實現。經過一百多年的發展，水凝膠在日用品、工業用品、農業土建、生物醫學等領域都有廣泛應用。
在此，納米人聯合奇物論編輯部精選最新10篇Biomaterials，對其進行歸納總結，期望能給大家了解水凝膠提供一些幫助。
1. Biomaterials：納米藥物和納米疫苗的共定位遞送用于術后癌癥免疫治療
實體瘤的免疫治療受到腫瘤免疫原性差和T細胞免疫應答受限的限制，導致患者應答率低。為了提高腫瘤免疫治療的效率，中國醫學科學院王偉偉研究團隊聯合天津大學董岸杰研究團隊及國家納米科學中心梁興杰研究團隊開發了一種獨特的協同聯合腫瘤免疫治療方法，通過共定位遞送腫瘤納米藥物（增強腫瘤免疫原性）和納米疫苗（增強T細胞免疫力）用于術后腫瘤治療。
本文要點：
1）其中，熱響應、負載姜黃素的聚合物納米顆粒(納米藥物)組裝的水凝膠能夠完全覆蓋原發性腫瘤的手術床，并在時空上傳遞同源納米藥物和封裝的納米疫苗。更重要的是，納米藥物有效地誘導了殘余癌細胞的免疫原性死亡(ICD)，從而增強了腫瘤的免疫原性，并使腫瘤對抗腫瘤T細胞免疫敏感。
2）該腫瘤納米疫苗由抗原肽、CpG-ODN和陽離子聚合物納米顆粒組成，能顯著觸發樹突狀細胞(DCs)的成熟，并能引起強效的疫苗特異性T細胞免疫反應。采用高度惡性的術后乳腺癌4T1模型，發現聯合免疫治療策略顯著增強了全身宿主T細胞免疫水平，促進了腫瘤內CD8+ T淋巴細胞的浸潤，從而有效減弱了腫瘤局部復發和肺轉移。
總的來說，這項工作為術后腫瘤免疫治療提供了一種先進的協同聯合療法。這種自組裝水凝膠能夠實現免疫調節納米藥物和疫苗的廣泛結合用于癌癥免疫治療。
Xiang Liu, Zujian Feng, Changrong Wang, et al.Co-localized delivery of nanomedicine and nanovaccine augments thepostoperative cancer immunotherapy by amplifying T-cell responses. Biomaterials,2019.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2019.119649
2.Biomaterials：近紅外光和葡萄糖雙響應級聯羥基自由基生成用于原位凝膠化治療乳腺癌
不同亞型的乳腺癌往往對現有的癌癥療法表現出不同的反應，因此針對乳腺癌治療的全治療策略非常具有研究價值。在此，蘇州大學馮良珠研究團隊制備了催化葡萄糖氧化酶（GOX）和沒食子酸亞鐵（GA-Fe）納米絡合物的催化劑偶聯物，這是一種近紅外吸收芬頓催化劑，可實現近紅外觸發原位凝膠化和增強的化學動力學/饑餓療法，對于不同類型的乳腺癌細胞幾乎都是有效的。
本文要點：
1）在該體系中，GOX與GA-Fe在N，N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)和聚乙二醇雙丙烯酸酯(PEGDA)溶液中混合。瘤內注射和近紅外激光照射后，GA-Fe表現出快速升溫，這將同時增加GA-Fe和GOX的催化效率。
2）然后，葡萄糖產生羥基自由基（·OH）的級聯反應開始發生，使DMAA和PEGDA聚合，在腫瘤內注射部位形成水凝膠。細胞毒性·OH持續產生，同時葡萄糖被瘤內固定催化劑偶聯物消耗，將進一步通過這種化學動力學/饑餓療法對乳腺癌腫瘤進行有效的破壞。
該團隊的工作提出了一種基于水凝膠的治療策略，用于實體腫瘤的局部治療，具有高的腫瘤破壞率和低的全身毒性。
Yu Hao, Ziliang Dong, Muchao Chen, et al.Near-infrared light and glucose dual-responsive cascading hydroxyl radicalgeneration for in situ gelation and e?ective breast cancer treatment, Biomaterials,2019.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2019.119568
3. Biomaterials：基于鳥苷的雙功能超分子水凝膠用于腫瘤治療
超分子水凝膠給藥系統可以通過在載體中加入多種治療藥物來降低毒性、提高療效以及保護藥物的生物活性，因此也受到研究人員的普遍關注。四川大學趙行博士和陳謙明教授合作通過一鍋法合成制備了一種新型的超分子水凝膠—異鳥苷-硼酸-鳥苷(isoGBG)。體內外實驗結果均表明，isoGBG水凝膠不僅具有良好的穩定性、可自愈性和生物相容性，而且能誘導腫瘤細胞發生凋亡并抑制腫瘤復發，因此isoGBG水凝膠可以作為一種藥物載體進而與抗癌化合物相結合組成一種雙功能水凝膠系統，從而也為設計用于局部腫瘤治療的超分子水凝膠中提供了新的策略。
Hang Zhao, Hui Feng, Qianming Chen. et al.Dual-functional Guanosine-based Hydrogel Integrating Localized Delivery andAnticancer Activities for Cancer Therapy. Biomaterials. 2019
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961219306970
4.Biomaterials：多結構域肽水凝膠的化學功能控制早期宿主免疫反應
多結構域肽(MDP)水凝膠是一種具有許多潛在生物醫學應用價值的納米纖維材料。這些材料的肽序列設計提供了高度的多功能性，并允許將各種化學功能結合到納米纖維支架中。眾所周知，宿主對生物材料的反應受到大小、形狀、硬度和化學成分等因素的強烈影響。然而，對不同MDP水凝膠的宿主反應缺乏基本的了解。特別是，目前還不知道納米纖維上顯示的化學功能對生物活性有什么影響。
有鑒于此，美國萊斯大學Jeffrey D. Hartgerink研究團隊在皮下注射模型中評估了四種顯示胺、胍離子和羧酸鹽的MDP水凝膠的早期炎癥宿主反應。
本文要點：
1）雖然所有研究的肽材料都具有相似的納米結構和物理性質，但它們引發的炎癥反應明顯不同。用多色流式細胞術對浸潤的細胞進行免疫表型分析。帶負電荷的肽可引起輕微的炎癥，其特征是組織內巨噬細胞浸潤、快速重塑、植入物內無膠原沉積或血管形成。相反，帶正電荷的肽被免疫細胞高度滲透，以較慢的速度重塑，促進血管生成，并導致高度膠原沉積。
2）動態細胞表型的存在是賴氨酸肽引起的炎癥的特征，包括炎性單核細胞、巨噬細胞和淋巴樣細胞，這些細胞隨著時間的推移逐漸消失。精氨酸水凝膠顯示出更高的炎癥反應，即使在植入后10天，多形核髓樣細胞仍有持續和顯著的浸潤。
這種對多肽生物材料免疫反應的理解提高了我們設計有效材料并為特定的生物醫學應用量身定制其用途的能力。
Tania L. Lopez-Silva, David G. Leach, Alon Azares,et al. Chemical functionality of multidomain peptide hydrogels governs earlyhost immune response, Biomaterials, 2019.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2019.119667
5.Biomaterials綜述：用于肌肉組織工程的導電生物材料
肌肉組織是一種對人體來說十分重要的軟組織。肌肉組織發生損傷不僅會給人帶來生理和心理上的痛苦，也會給政府造成沉重的財政負擔，甚至發展成為嚴重的社會問題。目前，對肌肉組織損傷進行治療的方法都有其各自的局限性，而肌肉組織工程則是一種很有前途的治療策略。其中，導電生物材料因其具有良好的導電性和促進肌肉組織形成的性能而成為肌肉組織工程的一種支架材料。
西安交通大學郭保林教授團隊綜述了近年來對用于肌肉再生的導電生物材料的研究進展，對相關的合成和制備方法進行了介紹；系統地討論了這些不同形式(如水凝膠、薄膜、納米纖維和多孔支架)的生物材料對促進不同類型的肌肉組織的形成的作用；探討了導電生物材料對肌肉組織形成的影響機制，并對這一領域今后的發展方向進行了展望。
Ruonan Dong, Baolin Guo. et al. ConductiveBiomaterials for Muscle Tissue Engineering. Biomaterials. 2019
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961219306830
6.Biomaterials：雙熒光成像引導的程序化遞送調節腫瘤微環境實現高效化學免疫治療
化學免疫治療作為對抗惡性腫瘤最有前景的聯合治療策略之一，越來越受到人們的關注。為了實現更有效的化學免疫協同治療，闡明其作用過程和機制，將化學免疫治療與影像學引導和生物材料輔助相結合是一個很有潛力的策略。在此，生物醫學工程研究所呂豐研究團隊設計了一個雙熒光成像引導的程序化遞送系統，其中包括阿霉素和CpG納米顆粒，以調節腫瘤微環境，實現有效的化學免疫治療。
本文要點：
1）與直接從水凝膠中遞送阿霉素相比，來自水凝膠的CpG自交聯納米顆粒確保了持久的免疫刺激效果。化療藥物和免疫佐劑均為時空釋放共遞送。進一步對腫瘤微環境的免疫細胞進行分析，揭示了細胞毒性CD8+ T淋巴細胞、髓源性抑制細胞和M2樣腫瘤相關巨噬細胞可能的化學免疫治療機制。
2）在阿霉素和CpG納米顆粒的共同刺激下，腫瘤微環境被正向調節為抑癌狀態，以產生更強的免疫應答，從而實現高效的化學免疫治療。此外，利用阿霉素和京尼平交聯CpG納米顆粒的自身熒光分別可追蹤雙熒光成像引導下的程序化遞送。熒光成像引導下阿霉素和CpG納米粒子的程序化遞送揭示了化學免疫治療的動態過程，為癌癥的前期治療提供了一種有前景的策略。
Xia Dong, Afeng Yang, Yun Bai, et al. DualFluorescence Imaging-guided Programmed Delivery of Doxorubicin and CpGNanoparticles to Modulate Tumor Microenvironment for EffectiveChemo-immunotherapy. Biomaterials, 2019.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2019.119659
7. Biomaterials：生長因子傳遞支架和26SCS修飾的雙重模塊化設計增強和協調成骨和血管生成
保持生長因子（GFs）的生物活性并模擬其體內供應模式是GFs骨移植發展中的挑戰。近日，華東理工大學育部醫用生物材料工程研究中心劉昌勝教授和中國科學院深圳先進技術研究院王國成的研究小組合作，開發了一種2-N,6-O-硫酸化殼聚糖（26SCS）功能化的雙模塊支架。
本文要點：
1）該支架由具有分層多孔結構（模塊I）的介孔生物活性玻璃（MBG）和原位固定在模塊I中空通道中的凝膠水凝膠柱（模塊II）組成，能夠實現成骨rhBMP-2和血管生成VEGF的分化遞送模式。通過將rhBMP-2固定在模塊I中并將VEGF嵌入模塊II中，實現了一個由高濃度VEGF初始濃度隨時間而降低和rhBMP-2緩慢/可持續釋放組成的組合釋放曲線。
2) 系統的體外和體內研究證明，成骨和血管生成的兩個耦合過程是精心安排的，兩者都增強歸因于特定的GFs傳遞模式和26SCS修飾。26SCS不僅增強GFs的生物活性，而且降低諾金的拮抗作用。這項研究強調了區分不同GFs給藥方式的重要性，并可能為今后生長因子骨移植的設計提供參考。
Wei Tang, Yuanman Yu, Jing Wang, et al. Enhancementand orchestration of osteogenesis and angiogenesis by a dual-modular design ofgrowth factors delivery scaffolds and 26SCS decoration. Biomaterials, 2019.
DOI: 10.1016/j.biomaterials.2019.119645
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961219307446
8. Biomaterials：近紅外響應性水凝膠局部輸送骨形態發生蛋白-2促進骨組織再生
實現生長因子產生的時空調控仍然是組織工程的主要目標。有鑒于此，拉巴斯-迪帕茲大學醫院的NuriaVilaboa、Francisco M.Martin-Saavedra等研究人員，將誘導轉基因表達和近紅外（NIR）響應水凝膠技術相結合，開發了一個骨再生治療平臺。
本文要點：
1）將熱激活、依賴二聚體的轉基因表達系統導入骨髓間充質干細胞，有條件地控制骨形態發生蛋白2(BMP-2)的產生。
2）基因工程細胞被包裹在基于纖維蛋白和等離激元金納米顆粒的水凝膠中，水凝膠將NIR激光的入射能量轉化為熱量。
3）在二聚體的存在下，光誘導的輕度高溫誘導了NIR反應性細胞構建物中生物活性BMP-2的釋放。
4）在具有免疫能力的小鼠的顱蓋骨中形成的一個臨界大小的骨缺損中充滿了NIR響應水凝膠，這些水凝膠包裹了在熱激活和依賴二聚體的基因電路的控制下表達BMP-2的細胞。
5）在用二聚體治療的動物中，植入物的NIR輻射誘導了骨病變中BMP-2的產生。
誘導在骨骼缺損中有條件表達BMP-2的NIR反應性細胞構建體導致形成新的礦化組織，從而表明該技術平臺的治療潛力。
Silvia Sanchez-Casanova, et al. Local delivery ofbone morphogenetic protein-2 from near infrared-responsive hydrogels for bonetissue regeneration. Biomaterials, 2020.
DOI：10.1016/j.biomaterials.2020.119909
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220301551
9. Biomaterials：用于siRNA介導的低溫光熱療法的聚多巴胺涂層核酸納米凝膠
光熱療法（PTT）通常需要將腫瘤病變的溫度維持在50°C以上，這有可能誘發局部炎癥和腫瘤轉移。為了避免這些副作用，在PTT治療期間在相對較低的溫度（42–45℃）下獲得有效的抗腫瘤功效至關重要。有鑒于此，上海交通大學ChuanZhang和復旦大學Yuehua Li等研究人員，設計了一種聚多巴胺（PDA）涂層的核酸納米凝膠，作為siRNA介導的低溫PTT的治療復合物。
本文要點：
1）首先，靶向熱休克蛋白70（Hsp70）的siRNA作為交聯劑，通過核酸雜交引導DNA接枝的聚己內酯（DNA-g-PCL）組裝成納米級水凝膠顆粒。
2）此后，將獲得的嵌入siRNA的納米凝膠進一步涂上一層聚多巴胺薄層，這不僅可以保護納米凝膠免于酶促降解，而且可以使納米凝膠在近紅外（NIR）光照射下具有出色的光熱轉化能力。
3）表面聚乙二醇化后，這種三重屏蔽siRNA遞送復合物顯示出在相對溫和的條件下有效消融腫瘤的能力。
Fei Ding, et al. Polydopamine-coated nucleicacid nanogel for siRNA-Mediated low-temperature photothermal therapy.Biomaterials, 2020.
DOI：10.1016/j.biomaterials.2020.119976
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220302222
10. Biomaterials：納米纖維-水凝膠復合物對脊髓挫傷后神經組織修復再生的影響
脊髓損傷會導致神經組織的長期丟失，因為損傷部位的內源性神經組織修復和再生是有限的。在此美國約翰·霍普金斯大學Hai-QuanMao、美國西北大學MartinOudega、中山大學全大萍等人設計了一種具有界面結合的可注射納米纖維-水凝膠復合物(NHC)，以提供機械強度和孔隙率，并在成年大鼠脊髓挫傷模型上觀察了其對修復和神經組織再生的影響。
本文要點：
1）在NHC治療28天后，挫傷脊髓節段的寬度是對照組的2倍。與對照組相比，NHC治療組的M2/M1巨噬細胞比率高2倍，血管密度高5倍，未成熟神經元高2.6倍，軸突密度高2.4倍，膠質瘢痕也相似。
2）研究結果表明，NHC為挫傷脊髓提供了機械支持，并在沒有任何外源性因素或細胞的情況下，支持損傷組織中促再生巨噬細胞極化、血管生成、軸突生長和神經再生。這些結果促使NHC和給藥方案進一步優化，以充分發揮NHC用于治療脊髓損傷的獨特特性的潛力。
Xiaowei Li, et al. The effect of ananofiber-hydrogel composite on neural tissue repair and regeneration in the contusedspinal cord, Biomaterials, 2020.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.119978
