向免疫细胞“取经”：澳科大朱依谆院士/王晓琳/郭辉团队研发仿生智能水凝胶

慢性伤口因其高发病率、易伴发感染和复杂病理微环境，成为临床治疗的重大挑战。慢性伤口核心难点在于伤口处形成的生物膜——一种由细菌群落构建的顽固“堡垒”，它能抵御抗生素，让传统疗法束手无策。因此，能够感知并响应特定伤口微环境信号的智能水凝胶成为极具必要性的研究方向。目前，刺激响应型智能水凝胶虽能感知微环境信号并释放药物，但常存在药物释放控制不佳、难以动态调控病理微环境等关键问题。

在此情形下，人体天然免疫机制提供了有效启示。免疫细胞在应对感染时表现出卓越的精准性：在正常状态下则保持静默，而在细菌刺激下才被激活并大量分泌抗菌效应分子，从而有效清除生物膜并避免组织损伤。模拟这种“按需激活”的特性，构建针对病例信号产生反馈的材料有望实现药物的精确、可控释放，有效促进感染伤口愈合。

受此启发，澳门科技大学朱依谆院士、王晓琳副教授与郭辉副教授联合开发了一种微环境适应型的类细胞群疏水水凝胶，其特殊的非稳态类细胞群结构可实现药物的精准按需释放，有效管理感染伤口微环境并提高愈合效率。相关工作近日以“Microstructured and Microenvironment-Adaptive Cell Cluster-Mimetic Hydrogel for Infected Wound Healing” 为题发表在学术期刊《Chemical Engineering Journal》上。论文的第一作者为澳门科技大学博士生刘咏杭，通讯作者包括王晓琳副教授、郭辉副教授和朱依谆院士。

受免疫细胞在感染微环境中被精准激活的机制启发，本研究构建了一种新型仿生智能水凝胶（Ber@MVV）。该水凝胶是通过疏水性的丙烯酸甲酯（MA）、4-乙烯基苯胺（VA）和4-乙烯基苯甲醛（VB）通过席夫碱交联构建而成，其创新核心在于其独特的“免疫细胞群状”高含水量疏水结构。通过模拟细胞膜，有效封装药物小檗碱，从根本上解决了传统亲水水凝胶药物易突释的难题。Ber@MVV能够在生物膜的低pH（4.5-6.5）信号刺激下，动态形成药物释放通道，实现按需给药。而在生理环境中，疏水网络构建的类细胞膜层能够实现药物的有效储存和延长释放周期（图1-2）。

图1. Ber@MVV类细胞群疏水水凝胶在促进生物膜感染伤口愈合的机智示意图。

图2. Ber@MVV类细胞群疏水水凝胶的表征。

Ber@MVV的重要特点在于“按需激活”的特性：其在病例信号的刺激下，实现药物的精确、可控释放，从而促进伤口的生理性愈合。研究表明，小檗碱在Ber@MVV中的释放周期可超过两周，而在pH 5.5的刺激下，前24 h可增加两倍多的的释放量。进一步研究表明，药物释放由高含水量疏水网络和pH敏感的席夫碱键位点共同作用。在pH 5.5的作用下，席夫碱基团发生断裂，Ber@MVV构建出药物传输通道（图3）。

图3. Ber@MVV类细胞群疏水水凝胶微环境响应药物释放评价及机制研究。

通过构建生物膜感染伤口模型来评价Ber@MVV类细胞群疏水水凝胶的促愈合效果。结果表明，Ber@MVV能够同步实现高效抗菌、抗炎、抗氧化并促进血管网络重构，全方位重塑感染伤口的微环境并显著加速伤口的愈合进程，为治疗顽固性生物膜感染伤口提供了极具潜力的新策略（图4-5）。

图4. Ber@MVV类细胞群疏水水凝胶促进生物膜感染伤口愈合。

图5. Ber@MVV类细胞群疏水水凝胶于生物膜感染伤口调控炎症与重建血管网络。

本研究创新性地构建了一种模拟免疫细胞集群行为的智能水凝胶Ber@MVV。它不仅能精准响应病理信号、按需释药，更能全方位调控伤口微环境，为攻克生物膜相关慢性伤口这一临床难题提供了标志性进展。更重要的是，该仿生设计策略与材料平台具有高度的通用性，为后续开发多种高效递药系统开辟了新的路径，展现出巨大的临床转化潜力。

全文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725094562

来源：高分子科学前沿

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