文献荟萃 |一文汇总6月水凝胶领域前沿研究进展|gel|基质|水凝胶|纳米|细胞

▷2023/7/24

同萃生材

#文献荟萃◁

6月份新出的生物医药水凝胶相关论文不完全统计有349 篇。影响因子大于10分的63篇。本期主要内容包括：用于预防耳聋的磁性水凝胶微型机器人输送系统；结构动态自愈性水凝胶协同抑制肠道炎症，促进粘膜修复，增强溃疡性结肠炎治疗效果；用于组织工程的强韧明胶水凝胶；细胞外基质/糖肽混合水凝胶作为心肌梗死后内源性心脏修复的免疫调节剂；输尿管镜检查过程中有效回收肾脏结石碎片的磁性水凝胶；用于治疗感染性糖尿病伤口的葡萄糖反应性一氧化氮水凝胶；生物启发、抗凝血、19F核磁共振可视的双层水凝胶管作为高通透性的小直径血管移植物；用于伤口愈合管理的多生物启发的功能性导电水凝胶贴剂；设计师肽和丝纤维素合作组装成混合纳米纤维凝胶用于脊髓损伤后的神经再生；由MXene纳米片组成的导电和粘性水凝胶作为可涂抹的心脏贴片用于梗塞心脏的修复；融入热敏水凝胶的NIR-II响应性纳米薄膜作为喷雾式敷料用于多药耐药菌感染的伤口处理；局部水凝胶介导的化疗通过激活神经酰胺介导的未折叠蛋白反应导致免疫原性细胞死亡；通过抗CD47抗体和特莫唑胺共同嵌入原位水凝胶系统减少恶性胶质母细胞瘤切除后的复发率；用于角膜基质缺损修复和快速恢复视力的无缝隙、形状自适应和生物活性PEG-溶菌酶植入物；一步法制造含细胞片的水凝胶以加速伤口愈合。内容非常丰富，不容错过。

#01

Advanced Functional Materials

用于预防耳聋的磁性水凝胶微型机器人输送系统

Magnetic Hydrogel Microrobots Delivery System for Deafness Prevention（2023.6.4）

摘要：

水凝胶微机器人已经为局部给药开辟了新的途径，而它们在内耳给药方面的价值仍有待探索。在这里，我们开发了新型的磁性α-硫辛酸（ALA）结合明胶甲基丙烯酰水凝胶微机器人用于内耳给药和预防耳聋。磁性水凝胶微机器人具有药物缓释、定向移动和生物安全的特点，由微流控装置生成。耳内注射后，微机器人可以在特定的磁场下在中耳腔内定向移动。此外，从磁性水凝胶微机器人中释放的ALA药物可以在内耳中停留很长时间。基于这些优势，通过将磁性水凝胶微机器人预先注射到顺铂耳聋小鼠的中耳中，证明了其在预防耳聋方面的实用价值。这些结果表明，所提出的智能磁性水凝胶微机器人可以通过中耳给药途径有效地将药物送入内耳，从而为中耳聋的治疗开启了新的篇章。

https://doi.org/10.1002/adfm.202303011

#02

Biomaterials

结构动态自愈性水凝胶协同抑制肠道炎症，促进粘膜修复，增强溃疡性结肠炎治疗效果

Structurally dynamic self-healable hydrogel cooperatively inhibi-ts intestinal inflammation and promotes mucosal repair for enhanced ulcerative colitis treatment（2023.6.3）

摘要：

水凝胶是一类多功能的生物相容性材料，在溃疡性结肠炎（UC）的局部治疗中得到了越来越多的探索，但各种机械刺激可能会导致水凝胶的过早破裂和脱落，阻碍其进一步的临床转化。这里我们报告了一种用于有效治疗UC的多功能机械弹性自愈水凝胶，它是通过多巴胺/β-环糊精修饰的透明质酸（HA-CD-DA）和金刚烷胺修饰的羧甲基壳聚糖（CMCS-AD）之间的主客体相互作用合成的。过多的β-CD空腔能够容纳地塞米松（DEX），而多孔水凝胶网络增强了碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）和L-丙氨酰-L-谷氨酰胺（ALG）的包裹性。HA成分中的DA分子使水凝胶在原位植入后能牢固地粘附在溃疡病灶上，而CD和AD之间可逆的主客体相互作用可以增强水凝胶的持久性。该水凝胶表现出良好的生物相容性，并能持续释放DEX，通过抑制toll样受体4（TLR4）-核因子卡帕-轻链-活化B细胞增强剂（NF-κB）轴诱导粘膜巨噬细胞的M1到M2再极化。此外，共同输送的bFGF和ALG促进了溃疡性粘膜的再生，并恢复其屏障功能以改善UC症状。这种具有机械弹性的水凝胶在临床上为UC治疗提供了一种综合方法。

https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2023.122184

#03

Advanced Science

用于组织工程的强韧明胶水凝胶

Tough Gelatin Hydrogel for Tissue Engineering（2023.6.23）

摘要：

坚韧的水凝胶在各个领域有着广泛的应用，然而，由于生物相容性差，不降解，以及与天然组织有明显的成分差异，它很难被用于组织再生。在此，我们提出了一种明胶韧性水凝胶（GBTH）来填补这一空白。受人类锻炼提高肌肉力量的启发，协同效应被用来产生高功能的结晶域以抵抗裂纹的扩展。GBTH表现出优异的抗拉强度，达到6.67兆帕（是未经处理的凝胶化的145倍）。此外，由于其明显的韧性和生物相容性，在体内的自降解性，以及与天然组织成分的相似性，它被直接缝合在成年兔子的断裂肌腱上。断裂的肌腱可以通过GBTH补偿机械传导，刺激肌腱分化，在8周内迅速恢复到初始状态。这一策略为制备用于组织再生的高生物相容性的韧性水凝胶提供了一个新的途径。

https://doi.org/10.1002/advs.202301665

#04

Advanced Science

细胞外基质/糖肽混合水凝胶作为心肌梗死后内源性心脏修复的免疫调节剂

Extracellular Matrix/Glycopeptide Hybrid Hydrogel as an Imm-unomodulatory Niche for Endogenous Cardiac Repair after Myocardial Infarction（2023.6.15）

摘要：

心肌梗塞（MI）的治疗仍然是一个巨大的挑战，因为过度的炎症、大量的细胞死亡和有限的再生潜力，导致不适应的愈合过程，最终导致心脏衰竭。目前调控炎症或改善心脏组织再生的策略成功率有限。在此，我们开发了一种由无细胞的心脏细胞外基质（ECM）和免疫调节糖肽共同组成的混合水凝胶，用于MI后的内生组织再生。该水凝胶构建了一个再现本地ECM结构的生态位，用于吸引宿主细胞归巢，通过糖肽单元控制巨噬细胞分化，并通过加强巨噬细胞-内皮细胞串联促进内皮细胞增殖，从而协调心脏组织再生的先天性愈合机制。在啮齿类MI模型中，该混合水凝胶成功地协调了一种支持性反应，表现为M2巨噬细胞极化增强、血管生成增加和心肌细胞存活率提高，从而缓解了梗死面积，改善了心肌壁厚度，并增强了心脏收缩力。此外，水凝胶的安全性和有效性在猪MI模型中得到证明，其中蛋白质组学验证了对免疫反应、促血管生成和加速愈合过程的调节。总的来说，可注射的复合水凝胶作为一种免疫调节剂，用于促进细胞归巢和增殖、炎症调节、组织重塑和功能恢复，为内源性心脏修复提供了一种有效的策略。

https://doi.org/10.1002/advs.202301244

#05

Nature Communications

输尿管镜检查过程中有效回收肾脏结石碎片的磁性水凝胶

A magnetic hydrogel for the efficient retrieval of kidney stone fragments during ureteroscopy（2023.6.22）

摘要：

只有60-75%的传统肾结石手术能达到完全无石的状态。高达30%的患者在残余碎片小于2毫米的情况下会出现与结石有关的后续并发症。在这里，我们展示了一种取石技术，其中的碎片通过磁性水凝胶变得可被磁化，从而可以用一个简单的磁性工具轻松取走。磁性水凝胶有助于在体外捕获临床上相关尺寸和成分的结石碎片。水凝胶成分在细胞培养中没有表现出细胞毒性，对体外人类尿道上皮和体内小鼠膀胱只有表面影响。此外，该水凝胶对常见的尿路病原体显示出与普通抗生素相同的抗菌活性。通过实现肾结石碎片的有效回收，我们的方法可以提高无结石率和病人的治疗效果。

https://doi.org/10.1038/s41467-023-38936-1

#06

Journal of Controlled Release

用于治疗感染性糖尿病伤口的葡萄糖反应性一氧化氮水凝胶

A glucose-responsive nitric oxide release hydrogel for infected diabetic wounds treatment（2023.6.8）

摘要：

细菌感染的慢性伤口是糖尿病最严重的并发症之一，其特点是高发病率和下肢截肢的风险。一氧化氮（NO）能够通过降低炎症调节、促进血管生成和根除细菌来加速伤口愈合。然而，一氧化氮在伤口微环境中的刺激反应和控制释放仍然是一个挑战。在这项工作中，我们设计了一种可注射的、自愈的和抗菌的水凝胶，其特点是具有葡萄糖反应性和持续的NO释放行为，用于糖尿病伤口管理。该水凝胶（CAHG）是由L-精氨酸（L-Arg）耦合的壳聚糖和葡萄糖氧化酶（GOx）修饰的透明质酸基于希夫碱反应原位交联制备而成。该系统能够在高血糖环境下，通过葡萄糖和L-Arg的级联消耗，介导过氧化氢（H2O2）和NO的持续释放。体外研究表明，CAHG水凝胶在H2O2和NO的级联释放中明显抑制了细菌的增殖。更重要的是，糖尿病小鼠的全层皮肤伤口模型表明，CAHG水凝胶释放的H2O2和NO通过抑制细菌、降低促炎症因子和提高M2型巨噬细胞，促进了胶原蛋白的沉积和血管生成，对伤口愈合表现出卓越的效率。总之，CAHG水凝胶具有良好的生物相容性和葡萄糖反应性的NO释放特性，可以作为一种高效的糖尿病伤口治疗策略。

https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2023.05.047

#07

Small

生物启发、抗凝血、19F核磁共振可视的双层水凝胶管作为高通透性的小直径血管移植物

Bioinspired, Anticoagulative, 19F MRI-Visualizable Bilayer Hydr-ogel Tubes as High Patency Small-Diameter Vascular Grafts（2023.6.20）

摘要：

小口径血管移植物（SDVG）（内径<6毫米）的临床通畅性是有限的，壁层血栓的形成是这种限制的主要威胁。在此，通过优化血管功能和水凝胶的分子结构之间的关系，开发了一种基于本地血管基本结构的双层水凝胶管。SDVGs的内层包括一个齐聚的氟化水凝胶，避免了血栓炎症引起的壁层血栓的形成。此外，SDVGs的位置和形态可以通过19F/1H磁共振成像来观察。SDVGs的外部聚（N-丙烯酰甘氨酰胺）水凝胶层通过多种可控的分子间氢键相互作用，提供了与原生血管相匹配的机械性能，可以在脉动径向压力下经受3.8亿次的加速疲劳试验（相当于体内10年的使用寿命）。因此，在猪颈动脉移植9个月和兔颈动脉移植3个月后，SDVGs表现出更高的通畅性（100%）和更稳定的形态。因此，这样一种受生物启发的、抗血栓的、可视化的SDVG为长期通畅性产品提供了一种有前途的设计方法，并具有帮助心血管疾病患者的巨大潜力。

https://doi.org/10.1002/smll.202302621

#08

Advanced Science

用于伤口愈合管理的多生物启发的功能性导电水凝胶贴剂

Multi-Bioinspired Functional Conductive Hydrogel Patches for Wound Healing Management（2023.6.27）

摘要：

许多水凝胶贴片已被开发出来，以解决复杂伤口愈合这一普遍而严峻的挑战，而其中大多数仍缺乏令人满意的可控性和综合功能。在此，受包括章鱼和蜗牛在内的多种生物的启发，提出了一种新型的多功能水凝胶贴片，具有可控的粘附性、抗菌性、药物释放功能和多种监测功能，用于智能伤口愈合管理。该贴片具有微型吸盘式致动器阵列和拉伸背衬层，由丹宁接枝明胶、Ag-丹宁纳米颗粒、聚丙烯酰胺（PAAm）和聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAm）组成。凭借单宁接枝明胶和Ag-单宁纳米颗粒的光热凝胶-溶胶转变，该贴片发挥了双重抗微生物作用和温度敏感的蜗牛粘液状特征。此外，由于由热反应性PNIPAm组成的 "吸盘 "可以发生收缩-放松的转变，医疗贴片可以可逆地、有反应地粘附在物体上，并可控制地释放其负载的血管内皮生长因子（VEGF）以促进伤口愈合。更吸引人的是，受益于其抗疲劳性、拉伸双网水凝胶的自愈能力和Ag-tannin纳米颗粒的导电性，所提出的贴片可以敏感地、连续地报告多种伤口生理参数。因此，我们相信这种多生物启发的贴片在未来的伤口愈合管理中具有巨大的潜力。

https://doi.org/10.1002/advs.202301479

#09

Science Advances

设计师肽和丝纤维素合作组装成混合纳米纤维凝胶用于脊髓损伤后的神经再生

Cooperative assembly of a designer peptide and silk fibroin into hybrid nanofiber gels for neural regeneration after spinal cord injury（2023.6.23）

摘要：

用生物材料在局部重建良好的环境是治疗脊髓损伤（SCI）的一个有希望的策略。我们报告了一种由小型功能性自组装肽（F-SAP）和大型丝纤维蛋白（SF）制成的混合水凝胶。SF胶束向F-SAP溶液中的扩散是由渗透压和F-SAP/SF静电相互作用之间的动态协同作用驱动的，从而导致SF胶束的重新排列和杆状丝的形成，其轴线几乎垂直于F-SAP纳米纤维。光谱分析，包括圆二色谱、拉曼和荧光，表明SF的构象从无规线圈变为β片，这有助于增强所产生的混合水凝胶的机械性能。此外，F-SAP/SF混合水凝胶与NT-3的控制释放相结合，通过为再生轴突、炎症调节和再髓鞘化提供纳米纤维基质，为神经再生提供了有利的环境，从而使运动和电生理特性得到改善。这种水凝胶可作为体内的长期支架用于治疗SCI。

https://doi.org/10.1126/sciadv.adg0234

#10

ACS Nano

由MXene纳米片组成的导电和粘性水凝胶作为可涂抹的心脏贴片用于梗塞心脏的修复

A Conductive and Adhesive Hydrogel Composed of MXene Nanoflakes as a Paintable Cardiac Patch for Infarcted Heart Repair（2023.6.20）

摘要：

心肌梗死（MI）是全世界死亡的主要原因之一。心肌梗塞发生后，心脏经常发生严重的病理重塑，导致心脏过度扩张，心脏细胞之间的电连接断开，以及致命的功能损伤。因此，人们为抑制病理重塑和促进梗塞心脏的修复做出了大量努力。在这项研究中，我们开发了一种水凝胶心脏贴片，可以提供机械支持、电传导和组织粘附性，以帮助梗塞的心脏功能恢复。具体来说，我们通过将二维碳化钛（Ti3C2Tx）MXene与天然生物相容性聚合物[即明胶和右旋糖醛（dex-ald）]相结合，开发了一种导电和粘性水凝胶（CAH）。CAH在混合前体溶液的250秒内形成，并且可以被涂抹。含有3.0毫克/毫升MXene、10%明胶和5%右旋糖醛的水凝胶表现出适合心脏贴片应用的材料特性，包括MXene的均匀分布、高导电性（18.3毫秒/厘米）、类似心脏组织的弹性（30.4千帕）、强大的组织粘附力（6.8千帕）以及对各种机械变形的抵抗力。CAH具有细胞相容性，并能在体外诱导心肌细胞（CM）成熟，这表现在connexin 43的表达上调和更快的跳动速度。此外，CAH可以被涂在心脏组织上，并保持稳定地粘附在跳动的心外膜上。体内动物研究显示，CAH心脏贴片治疗明显改善了心脏功能，缓解了梗塞心脏的病理重塑。因此，我们认为，我们的MXene-based CAH有可能作为一个有前途的平台，有效地修复各种电生理组织，包括心脏、肌肉和神经组织。

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c00933

#11

ACS Nano

融入热敏水凝胶的NIR-II响应性纳米薄膜作为喷雾式敷料用于多药耐药菌感染的伤口处理

NIR-II Responsive Nanohybrids Incorporating Thermosensitive Hydrogel as Sprayable Dressing for Multidrug-Resistant-Bacteria Infected Wound Management（2023.6.14）

摘要：

开发有效的抗细菌感染的敷料并同步解决伤口并发症，如出血、长期炎症和再感染，是临床实践中非常需要的。在这项工作中，我们构建了第二个近红外（NIR-II）响应的纳米杂交物，即ILGA，它由金壳包裹的亚胺培南脂质体和脂多糖（LPS）靶向诱导剂组成，用于消除细菌。得益于精致的结构，ILGA对耐多药的铜绿假单胞菌（MDR-PA）表现出强大的亲和力和可靠的光热/抗生素治疗效果。此外，通过将ILGA与热敏水凝胶聚（乳酸-甘醇酸）-聚乙二醇-聚（乳酸-甘醇酸）（PLGA-PEG-PLGA）相结合，制备了一种可喷涂的敷料ILGA@Gel，它能按需快速凝胶化（10秒）以实现伤口止血，并为感染的伤口消毒提供良好的光热/抗生素功效。此外，ILGA@Gel通过对伤口相关的巨噬细胞进行再教育以减轻炎症，并形成凝胶层以阻止外源性细菌再感染，从而提供令人满意的伤口愈合环境。这种仿生水凝胶显示了出色的细菌根除和伤口恢复效果，显示了其在管理复杂感染伤口方面的巨大潜力。

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c10742

#12

Science Advances

局部水凝胶介导的化疗通过激活神经酰胺介导的未折叠蛋白反应导致免疫原性细胞死

A localized hydrogel-mediated chemotherapy causes immuno-genic cell death via activation of ceramide-mediated unfolded protein response（2023.6.30）

摘要：

三阴性乳腺癌（TNBC）的治疗具有挑战性，因为它具有 "寒冷 "的肿瘤免疫抑制微环境（TIME）。在此，我们提出了一种水凝胶介导的多西他赛（DTX）和卡铂（CPT）组合的局部递送（称为DTX-CPT-凝胶疗法），确保增强抗癌效果和对多种小鼠共生和异种肿瘤模型的肿瘤消退。DTX-CPT-凝胶疗法通过增加抗肿瘤的M1巨噬细胞、减少骨髓源性抑制细胞和增加颗粒酶B+CD8+T细胞来调节TIME。DTX-CPT-Gel疗法提高了肿瘤组织中的神经酰胺水平，激活了蛋白激酶R（PKR）-类似内质网激酶（PERK）-介导的未折叠蛋白反应（UPR）。这种UPR介导的细胞凋亡的激活导致了损伤相关分子模式的释放，从而激活了免疫性细胞死亡，甚至可以清除转移性肿瘤。这项研究为DTX-CPT治疗提供了一个有前途的水凝胶介导的平台，它能诱导肿瘤消退和有效的免疫调节，因此，可以进一步探索TNBC的治疗。

https://doi.org/10.1126/sciadv.adf2746

#13

Journal of Controlled Release

通过抗CD47抗体和特莫唑胺共同嵌入原位水凝胶系统减少恶性胶质母细胞瘤切除后的复发率

Reduced malignant glioblastoma recurrence post-resection through the anti-CD47 antibody and Temozolomide coem-bedded in-situ hydrogel system（2023.6.10）

摘要：

胶质瘤的浸润性生长使手术切除不彻底，残留的肿瘤细胞迅速增殖。残留的胶质瘤细胞通过上调抗吞噬分子CD47，与巨噬细胞的信号调节蛋白α（SIRPα）结合来逃避巨噬细胞的吞噬。具体来说，阻断CD47-SIRPα通路是切除后胶质瘤治疗的一个潜在策略。此外，抗CD47抗体（α-CD47）与替莫唑胺（TMZ）联合使用，由于TMZ不仅能破坏DNA，还能诱导胶质瘤细胞的内质网应激反应，引起了增强的促吞噬作用。然而，血脑屏障的阻碍使得系统性联合治疗在切除胶质瘤后的治疗中并不理想。在此，我们设计了一种基于可塑的热敏羟丙基甲壳素（HPCH）共聚物的温敏水凝胶系统，将α-CD47和TMZ同时封装为α-CD47&TMZ@Gel，用于术后空腔给药。通过体外和体内评估，α-CD47&TMZ@Gel通过增强巨噬细胞的促吞噬作用，招募和激活CD8+T细胞和NK细胞，显著抑制了胶质瘤切除后的复发。

https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2023.05.046

#14

Bioactive Materials

用于角膜基质缺损修复和快速恢复视力的无缝隙、形状自适应和生物活性PEG-溶菌酶植入物

A suture-free, shape self-adaptive and bioactive PEG-Lysozyme implant for Corneal stroma defect repair and rapid vision restoration（2023.6.28）

摘要：

角膜移植是修复受伤角膜和恢复视力的主流治疗方法，但在临床上面临着供体组织短缺的限制。此外，需要缝合的移植手术有可能引起术后并发症。在此，我们设计了一种PEG-溶菌酶注射水凝胶，作为一种免缝合、形状自适应的生物活性植入物，用于角膜基质缺损修复。这种植入物通过4臂PEG-NHS和溶菌酶之间的原位酰胺化反应经历了溶胶-凝胶相变。PEG-溶菌酶的理化性质可以通过成分比例来调整，这使植入物具有模拟角膜的模量，并提供组织粘附性以承受增加的眼内压。体外试验证明，由于溶菌酶的生物活性，该植入物有利于人类角膜上皮细胞的生长和迁移。兔子片状角膜移植实验表明，水凝胶可以填充到缺陷中，形成一个与原生基质粘连的形状适应性植入物。该植入物能促进上皮化和基质的完整性，使受伤的角膜拓扑结构恢复到正常。一个新建立的动物锻造行为试验证明，以无缝线方式使用植入物，兔子的视力可以迅速恢复。总的来说，这项工作通过应用自固化、形状自适应和生物活性的PEG-溶菌酶植入物进行免缝合基质修复，提供了一个有前景的临床前实践。

https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2023.05.008

#15

Bioactive Materials

一步法制造含细胞片的水凝胶以加速伤口愈合

One-step fabrication of cell sheet-laden hydrogel for accelerated wound healing（2023.6.20）

摘要：

全厚的皮肤伤口一直是真皮和皮肤附属物再生方面的重建挑战，而皮肤替代品是解决这些重建程序的有希望的工具。在此，我们介绍了一步法制造集成了仿生水凝胶的细胞片，作为组织工程皮肤，用于皮肤伤口愈合的一步。简而言之，将具有丰富细胞外基质、高细胞密度和良好细胞连接的细胞片与仿生水凝胶整合，一步制成凝胶+人皮肤成纤维细胞（HSFs）片和凝胶+人脐静脉内皮细胞（HUVECs）片，组装成带细胞片的水凝胶（CSH）。设计的仿生水凝胶通过紫外线交联和离子交联形成，由于光照产生的醛基适合整合到细胞片上，所以表现出独特的特性，而离子交联则减少了对基底的粘附力。这些特性使凝胶+细胞片膜很容易从基底上释放。收获的细胞片中的细胞在水凝胶内保持了良好的活力、增殖和明确的迁移能力。此外，CSH被植入到一个全厚的皮肤缺陷中，以构建所需的真皮基质和细胞微环境。第2天伤口闭合率达到60.00±6.26%，14天后加速成熟的肉芽和真皮的形成，并有皮肤附属物。该项目可以为全厚皮肤缺损的完整修复和再生提供明显的指导和策略，并为临床应用提供了一种具有巨大潜力的组织再生材料。

https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2023.06.005

6月份国内外生物医药领域水凝胶的进展整理到此结束。感谢大家关注！希望大家有所收获。下个月见！

特别鸣谢：Ruby

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