水凝膠對溫度、光、電場/磁場、超音波、機械力、pH值、氧化還原電位和生化試劑的響應性已被廣泛用于按需遞送治療藥物和細胞，以治療不同的急慢性疾病。在這類系統中，分子和細胞有效載荷的控制釋放主要通過觸發水凝膠和溶液相或水凝膠和固态之間的轉變來實作。為了進一步推進水凝膠的應用發展，通過生理或病理線索調節凝膠化、跨多個長度尺度的形狀/結構操縱、生物相容性水凝膠形成材料等均是材料設計需要考慮優化的方向。
近期，浙江大學醫學院李曉東研究員、陸軍軍醫大學張建祥教授等人通過可轉化納米顆粒對生理和病理酸性微環境的響應，提出了一種功能性水凝膠的設計建構政策。這些納米顆粒由多價疏水性、pH響應性環糊精主體材料和多價親水性客體大分子組裝而成。在質子的驅動下，pH響應的主客體納米顆粒可以轉化為水凝膠。是以憑借酸響應觸發凝膠化特性，這類納米顆粒可以作為治療劑的智能納米載體，實作可觸發和持續的藥物遞送，進而有效治療典型的發炎性疾病。相關工作以“Hydrogel Transformed from Nanoparticles for Prevention of Tissue Injury and Treatment of Inflammatory Diseases”為題發表在Advanced Materials。
【文章要點】
一、材料設計制備及響應pH轉變行為
在材料設計方面，β-環糊精（β-CD）被用作建構多價宿主分子（稱為HCD）的功能部分。HCD則是通過點選化學反應将β-CD與六氯環三磷腈（HCTP）偶聯合成而來的。為此，通過丙炔胺（PA）和HCTP之間的親核反應，首先将6個炔單元引入HCTP，之後帶疊氮的β-CD就可以與PA-HCTP之間發生點選反應産生HCD。另一方面，多價客體聚合物（8PEG-Ada）是通過甲酰氯和胺基之間的縮合反應将Ada部分共轭到8臂聚乙二醇（8PEG）上制備的成的。而為了開發能夠在pH觸發時通過主客體絡合形成凝膠的可轉化納米顆粒，研究還對HCD進行乙酰化以制備耐酸材料AHCDs。是以，在非酸性條件下，AHCDs與8PEG-Ada可通過納米沉澱和主客體自組裝的方式形成納米顆粒（AHCPA NPs）；而在酸性條件下，對pH值敏感的納米顆粒可以水解以釋放親水性多價主體分子，這些分子可以通過增強主體-客體互相作用與多價客體自發組裝，形成水凝膠（圖1）。
圖1 基于主客體識别的pH觸發納米顆粒的設計合成
二、發炎治療
而當口服給藥後，可轉化納米顆粒可以通過在粘膜上形成水凝膠屏障，保護胃免受乙醇或藥物誘導的小鼠損傷。此外，這些納米顆粒可以作為各種治療劑的反應性和可轉換的納米載體，實作可觸發和持續的藥物遞送，進而有效治療不同的發炎性疾病。這種納米顆粒轉化水凝膠結合了納米顆粒和水凝膠的優點，例如良好的可注射性、疏水/親水藥物和治療性細胞的有效負載能力、優異的刺激響應性貨物分子釋放性能，以及塑造最終結構所需的可加工性等，有望在治療發炎疾病方面發揮巨大的作用。
圖2 AHCPA NPs可在胃部轉變為水凝膠
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來源：高分子科學前沿