水凝胶，到底有多火？

奇物论

2021-12-02

水凝胶，一个应用非常广泛的领域，研究的深度非常值得去挖掘，于此，奇物论编辑部对于11月关于水凝胶生物医学领域具有代表性的研究成果进行筛选，供大家学习和交流！

1.Nature Materials：合成水凝胶促进广泛的类器官形态发生

洛桑联邦理工学院Matthias P. Lutolf等人设计了一种基于两种不同多臂PEG大分子单体交联的混合网络架构：一种是共价的，通过迈克尔加成，另一种是可逆的，通过三重氢键相互作用，并利用合成水凝胶促进广泛的类器官形态发生。

与传统的合成水凝胶相比，该混合应力松弛凝胶能够适应组织扩张和发育过程中发生的机械变化，而不受不可逆网络退化的影响。并且证明了此类水凝胶可以用于3D 类器官培养。设想这种动态凝胶将允许更精确的环境控制，以支持改进的类器官生长和形态发生。

Chrisnandy, A., Blondel,D., Rezakhani, S. et al. Synthetic dynamic hydrogels promotedegradation-independent in vitro organogenesis. Nat. Mater. (2021).

https://doi.org/10.1038/s41563-021-01136-7

2. Nature Materials：高度可压缩的玻璃状超分子聚合物网络

英国剑桥大学Oren A. Scherman教授等人开发了一种果冻状材料，可以承受相当于大象站在上面的重量，并完全恢复到原来的形状，即使它有 80% 是水。材料的非水部分是聚合物网络，通过控制材料机械性能的可逆开/关相互作用保持在一起。

研究人员报道了具有缓慢、可调的解离动力学（k_d>10 s⁻¹）的非共价交联剂。所得到的玻璃状超分子网络的压缩强度高达100 MPa，即使在 12 次压缩和松弛循环中以 93% 的应变压缩时也不会断裂。值得注意的是，这些网络表现出快速的室温自恢复（<120 s），这可能有助于高性能软材料的设计。

Huang, Z., Chen, X., O’Neill, S.J.K. et al. Highly compressible glass-like supramolecular polymer networks. Nat. Mater. (2021).

DOI：10.1038/s41563-021-01124-x

https://doi.org/10.1038/s41563-021-01124-x

3. Nature BME: 纳米银水凝胶，调节菌群增强免疫治疗

武汉大学张先正、孙志军等人报道了一种基于银纳米颗粒（AgNP）的水凝胶通过调节口腔微生物群来增强免疫治疗。

证明AgNPs可允许消化链球菌增殖，同时抑制竞争细菌的生长。在 OSCC 小鼠模型中，含 AgNP 的水凝胶 Agel 可持续粘附在口腔上并调节口腔微生物群。在补充消化链球菌后，该水凝胶对消化链球菌水平低的 OSCC 小鼠产生了显着的治疗效果。

Zheng, DW., Deng, WW., Song, WF. et al. Biomaterial-mediated modulation of oral microbiota synergizes with PD-1 blockade in mice with oral squamous cell carcinoma. Nat Biomed Eng (2021). 

https://doi.org/10.1038/s41551-021-00807-9

4. JACS: 用DNA水凝胶，造一个水杯！

天津大学仰大勇教授报道了一种由天然DNA和生物质衍生的离聚体制成的可持续生物塑料，并称其为DNA塑料。

研究人员提出了一种完全不同的冷冻干燥工艺，将物理交联的DNA水凝胶转化为可持续的DNA塑料，这是一种相对低能耗的工艺。可持续性涉及DNA塑料的生产、使用和报废选择的方方面面：

i）原料来自生物可再生资源；

ii）水处理战略是环保的，不涉及高能耗、有机溶剂的使用和副产品的生产；

iii）实现可回收和非破坏性的使用，以显著延长塑料的使用寿命；

iv）废塑料的处理遵循两种绿色路线，包括废塑料的回收和酶引发的可控降解。

所开发的DNA塑料可以“水焊”形成任意设计的产品，如塑料杯。

Jinpeng Han, et al, Sustainable Bioplastic Made from Biomass DNA and Ionomers, J. Am. Chem. Soc., 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c08888

https://doi.org/10.1021/jacs.1c08888

5. Biomaterials：凝胶疫苗，何时释放最优？

近年来，一些可注射、基于支架的癌症疫苗被开发出来，其可以招募和激活宿主树突状细胞(DCs)并产生有效的抗肿瘤反应。然而，对于基于支架的癌症疫苗来说，递送佐剂（特别是常用的胞嘧啶磷酸二酯鸟嘌呤寡核苷酸(CpG-ODN)）的最佳时机在目前仍然是未知的。

鉴于此，哈佛大学David J. Mooney发现在最佳时机释放CpG-ODN能够增强免疫反应，并基于此设计了一个冷冻凝胶疫苗系统，其对于CpG-ODN的释放可以由超声进行触发。

本文要点：

（1）实验首先将CpG-ODN与聚乙烯亚胺缩合，然后将其吸附到冷冻凝胶中。在体外，吸附的CpG-ODN的释放量很小。而超声刺激则会触发CpG-ODN的连续释放，即使在超声关闭后仍能以增强的速率进行释放。在体内，与对照组小鼠相比，在接种疫苗后4天进行超声刺激能够诱导更高的抗原特异性细胞毒性T淋巴细胞(CTL)反应。

（2）在接种疫苗后的第8天进行超声刺激所产生的IgG2a/c抗体滴度会显著高于除超声刺激外的所有组，并且超声触发释放的最佳时机也与晶胶中DC积累的峰值相吻合。综上所述，该系统通过按需释放实现了对疫苗组分的时间控制，从而为研究癌症疫苗免疫调节剂的最佳递送时间提供了一个新的平台。

Ting-Yu Shih. et al. Ultrasound-triggered Release Reveals Optimal Timing of CpG-ODN Delivery from a Cryogel Cancer Vaccine. Biomaterials. 2021

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961221005974