【负载与控释】应用中光固化水凝胶如何选择？

来源：EngineeringForLife

水凝胶为探索和理解细胞生态微环境提供了一个良好的体内外活性因子负载模型。光固化水凝胶由于其使用简单，具有三维空间结构和良好的生物相容性，被广泛开发为外泌体、生长因子、局部给药的递送载体。而面对众多的生物材料，如透明质酸(HA)、明胶(Gel)等，如何选择适合负载与控释的光固化水凝胶？此外，药物，生长因子，外泌体的负载方式之间又有着怎样的差异？本期，EFL为大家介绍不同活性因子（药物、生长因子、外泌体）负载与控释的通用策略，让非相关专业研究人员能更有目标性地去选择合适的凝胶基材。

图1 药物负载及控释型水凝胶作用于机体修复的示意图[1]（图片修改自DOI:10.1021/acs.nanolett.0c05039）

1. 药物负载与控释
药物负载方式包含物理包埋/混合、静电吸附、共价锚定等；控释方式包含被动扩散（一般借助水凝胶内外的渗透压差）、主动释放（如凝胶网络的瓦解等）[2]。

因此。相关负载与控释领域的水凝胶设计常涉及不同类型的外界刺激（如光、pH、活性酶等），以凸显药物递送型水凝胶构建的创新性，即在外界刺激下，实现原位药物递送。在相关研究中，光固化水凝胶一般扮演通用水凝胶骨架的角色，并在此骨架中引入刺激响应性的链段设计，或引入偶联药物/活性因子的中间桥梁（如EFL新品-EFL-AC-PEG-NHS-2K），进而锚定药物。其本质是利用凝胶骨架上可共价反应的活性官能团（如-C=C-、-COOH、-NH2等）或通过静电作用、疏水缔合非共价键作用等，来实现药物的有效负载。


2. 生长因子负载与控释
生长因子一般是指对机体生长、发育广泛调节作用的活性蛋白质或多肽类物质。同上，若课题设计中涉及单一生长因子的控释而或生长因子协同治疗对组织的修复等方向，药物负载与控释的方式同样适用于生长因子，即通过物理共混、化学键合、静电作用（可根据蛋白的等电点来设计，利用静电作用）等方式负载于光固化凝胶载体中。


3. 外泌体负载与控释
外泌体（Exosomes）是指包含了复杂RNA和蛋白质的小膜泡 （30-150nm）[5]。易于交联成型的光固化水凝胶的内部三维网络结构为负载外泌体提供了充分的空间，同时可在生理条件下逐步降解以实现缓释外泌体的效果。外泌体的负载与控释一般选择简单的物理共混，以最大程度减少外泌体的功能活性损失。

具体可参考下表中EFL系列光固化水凝胶可实现的药物/生长因子/外泌体负载方式

下面，列举一些在负载与控释领域的应用实例。

1. ACS Applied Materials & Interfaces：F127DA水凝胶用于创面愈合的可控药物释放
研究材料：丙烯酰化Pluronic F127，甲基丙烯酸磺基甜菜碱
目标药物：利福平、红霉素、吲哚美辛，均为疏水药物
负载方式：胶束化的F127DA分子以疏水缔合的方式负载疏水性药物
研究结果：水凝胶受到机械力作用时，生物活性药物与胶束芯体之间的结合被破坏，从而产生响应的药物释放行为。这种机械反应性强、抗菌性能好、生物相容性好的水凝胶在复杂动态环境下的伤口治疗中具有广阔的应用前景[3]。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.0c13009

2. Advanced healthcare materials：糖蛋白抗体修饰的多孔GelMA水凝胶颗粒用于捕获和释放耐药T细胞
研究材料：甲基丙烯酰化明胶(GelMA)多孔凝胶颗粒
目标因子：P-糖蛋白
负载方式：通过EDC/NHS偶联方式将P-gp抗体探针修饰于凝胶颗粒表面
研究结果：有序多孔纳米结构为高效靶细胞捕获提供一个纳米模式平台，有望成为高效捕获和检测耐药肿瘤细胞的理想材料[4]。

原文链接： https://doi.org/10.1002/adhm.201900136

3. Nanomedicine：GelMA水凝胶负载外泌体用于脊髓损伤的微创治疗
研究材料：GelMA
目标因子：骨髓间充质干细胞衍生的外泌体(Exos)
负载方式： 物理混合
研究结果：GelMA水凝胶增强了Exos的滞留，促进了神经元的分化和延伸，且可促进神经新生，并减轻受损病灶的胶质瘢痕[5]。

原文链接：

https://doi.org/10.2217/nnm-2021-0025