12月份新出的生物医药水凝胶相关论文不完全统计有 250 篇。影响因子大于10分的 30篇。本期主要内容包括：用于伤口管理的结构性彩色离子水凝胶贴剂；用于挤压式生物打印的甲基丙烯酰/藻酸盐/聚乙二醇二甲基丙烯酸酯/黄原胶水凝胶生物墨水系统的开发和系统特性分析；用于加速骨缺损再生的一种新型的金属离子簇多肽水凝胶；用于颅面骨再生的功能化胶原蛋白/弹性蛋白样多肽水凝胶；超小Cu3(PO4)2纳米颗粒增强水凝胶膜用于超强防污油/水乳化液的分离；新型自漂白光致变色水凝胶用于组装紫外线照射的智能可擦写设备；海藻酸盐水凝胶微珠中通过近红外触发按需控制释放腺相关病毒用于基因治疗；神经源水凝胶实现辐射损伤的唾液腺的长期功能再生；供氧注射器制造高氧诱导的水凝胶用于原位组织再生；用于原位T细胞扩增和增强抗肿瘤效果的T细胞反应性大孔水凝胶；具有红光驱动光伏效应的Bi2S3/TiO2/rGO异质结构用于远程电疗辅助的伤口修复；一步法制备的可注射水凝胶支架系统可连续释放双生长因子，最大限度地提高骨质再生能力；具有双重硬度梯度的光聚合水凝胶系统揭示了成纤维细胞神经衰弱中不同的基于肌动蛋白的机械反应。内容非常丰富，不容错过。

1.       ACS NANO：用于伤口管理的结构性彩色离子水凝胶贴剂

Structural Color Ionic Hydrogel Patches for Wound Management（2022.12.13）

离子水凝胶因其在电子皮肤、生物传感器和其他生物医学领域的广泛适用性而引起广泛关注。该研究提出了一种基于反蛋白石支架的结构性彩色离子水凝胶，具有理想的功能，能够作为伤口管理的智能贴片。该贴片由聚丙烯酰胺-聚(乙烯醇)-聚乙二醇-氯化锂(PAM-PVA-PEI-LiCl)反蛋白石支架和血管内皮生长因子(VEGF)混合甲基丙烯酸明胶(GelMA)水凝胶填充物表面组成。该支架使复合补片具有亮丽的结构颜色、导电性和抗冻性，而VEGF-GelMA表面不仅可以防止离子水凝胶受到复杂伤口条件的干扰，还有助于伤口中的细胞增殖和组织修复。因此，水凝胶贴片可以作为体内伤口愈合和监测的电子皮肤，具有很高的准确性和可靠性。这些特点表明，所提出的结构性彩色离子水凝胶贴片在临床应用方面有很大的潜力。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c10142

2.       Biomaterials：用于挤压式生物打印的甲基丙烯酰/藻酸盐/聚乙二醇二甲基丙烯酸酯/黄原胶水凝胶生物墨水系统的开发和系统特性分析

Development and systematic characterization of GelMA/alginate/PEGDMA/xanthan gum hydrogel bioink system for extrusion bioprinting（2022.12.15）

基于明胶的甲基丙烯酰（GelMA）/海藻酸盐水凝胶在生物打印中显示出巨大的前景，但它们在室温下的打印能力是有限的。该研究通过将聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（PEGDMA）和黄原胶引入GelMA/海藻酸盐系统，开发了室温可打印水凝胶生物墨水。PEGDMA的加入有利于调整水凝胶的机械性能，而黄原胶改善了水凝胶系统的粘度，并可以在室温下轻松挤出。为了微调机械和降解性能，合成了甲基丙烯酸黄原胶，并以化学方式交联到该系统。作者系统地表征了这种水凝胶，关注其可印刷性、支杆尺寸、机械性能、降解和细胞相容性，并实现了广泛的压缩模量（∼10-100kPa）和降解曲线（24小时内100%降解-2周内40%降解）。此外，黄原胶在细胞培养基等离子性溶液中表现出可溶性，这对生物相容性至关重要。活/死染色显示，印刷水凝胶中的细胞活力在7天内超过90%。代谢活性分析表明，在培养的4周内，细胞的增殖和存活率非常好。总之，新开发的水凝胶系统表现出明显的特点，包括可挤压打印，广泛可调的机械性能和降解，离子溶解度和细胞相容性。它为生物打印和组织工程提供了极大的灵活性。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121969

3.       Journal of Controlled Release：用于加速骨缺损再生的一种新型的金属离子簇多肽水凝胶

A novel peptide hydrogel of metal ion clusters for accelerating bone defect regeneration（2022.12.15）

    在缺乏足够的治疗方法的情况下，有效的骨再生仍然是一个巨大的挑战。探索具有优良生物活性、稳定性、非免疫原性和商业化等特性的水凝胶是开发基于水凝胶的骨再生材料的重要步骤。在这项研究中，我们设计了一种自组装的螯合肽水凝胶，其中加载了从加工过的金银花中提取的成骨金属离子簇，包括Fe2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Mg2+和Ca2+离子，命名为加工金银花水凝胶（PPH）。作为骨再生过程中有益金属离子簇的储存库，PPH已被证明可以调节骨再生过程中的各种基因。这些基因主要参与细胞外基质的合成、细胞粘附和迁移、细胞因子的表达、抗菌和炎症反应。因此，PPH加速了各个骨愈合阶段的进展，并将骨愈合周期缩短了4周。研究结果显示，工程化的金属离子团水凝胶是一种新颖、简单、可商业化的骨再生水凝胶，具有潜在的临床用途。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2022.12.031

4.       ADVANCED HEALTHCARE MATERIALS：用于颅面骨再生的功能化胶原蛋白/弹性蛋白样多肽水凝胶

Functionalized Collagen/Elastin-like Polypeptide Hydrogels for Craniofacial Bone Regeneration（2022.12.12）

关键尺寸的颅骨缺损无法再骨化，需要进行颅骨成形术的手术干预。为了在这种情况下实现卓越的骨愈合，该研究开发了一种由胶原蛋白和弹性蛋白样多肽相互渗透的网络组成的水凝胶，以包裹骨形态生成蛋白-2（BMP-2）、多西环素和45S5生物玻璃。这种水凝胶具有39±2.2千帕的适当弹性模量，可以在植入过程中进行适当处理。该水凝胶能促进人类脂肪源性干细胞的附着、增殖和向成骨系分化，包括在体外培养21天后，在胶原纤维结构中嵌入羟基磷灰石颗粒的沉积。在临界大小的大鼠颅骨缺损模型中植入无细胞水凝胶8周后，在邻近的颅骨组织中只注意到少量的各种促炎症（< 20 pg mg-1）和抗炎症（< 10 pg mg-1）因子，表明该水凝胶的整体生物相容性良好。扫描电子显微镜证明在缺损部位存在新的纤维细胞外基质和矿物聚集物，到8周和12周时，钙/磷比率分别为0.5和2.0。显微计算机断层扫描（Micro-CT）和组织学分析显示，形成了成熟的矿化组织，与周围的骨质桥接。综上所述，无细胞复合水凝胶对颅骨成形术后卓越的骨愈合显示出巨大的前景。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202202477

5.       ACS Nano：超小Cu3(PO4)2纳米颗粒增强水凝胶膜用于超强防污油/水乳化液的分离

Ultrasmall Cu3(PO4)2 Nanoparticles Reinforced Hydrogel Membrane for Super-antifouling Oil/Water Emulsion Separation（2022.12.7）

由于膜对污染的高度敏感性，膜污损是油性废水处理的一个持续的、破坏性的挑战。一个可行的策略是在膜表面设计一个强大而稳定的水化层，以防止污染物。水凝胶是一类独特的材料，具有突出的防污性能，但受限于其薄弱的机械性能。这项研究报告了通过金属离子配位介导的矿化作用，在海藻酸铜（CuAlg）层中原位生长出超小的亲水Cu3（PO4）2纳米颗粒，从而在膜上形成了强化的水凝胶。3-5纳米大小的亲水Cu3(PO4)2纳米颗粒的嵌入使CuAlg/Cu3(PO4)2复合水凝胶具有更好的机械性能和更强的水化能力。所制备的CuAlg/Cu3(PO4)2改性膜表现出卓越的驱油性能，在分离表面活性剂稳定的水包油乳剂时实现了近乎零的通量下降，渗透率高达1330 L m-2 h-1 bar-1。值得注意的是，在过滤过程中，它对纯水和水包油乳剂都能保持相似的渗透率，这比目前报道的膜要好，表明其具有超强的防污性能。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c07977

6.       Chemical Engineering Journal：在Zn-MOF@WO3结中构建新型自漂白光致变色水凝胶，用于组装紫外线照射的智能可擦写设备

Construction of a novel self-bleaching photochromic hydrogel embraced within the Zn-MOF@WO3 junction for assembling UV-irradiated smart rewritable device（2022.12.9）

光致变色水凝胶是对外部光刺激的动态反应，由于其在智能设备中的潜在应用，已经引起了越来越多的关注。然而，如何在快速的光反应和自漂白率下实现出色的光致变色活性仍然是一个巨大的挑战。该研究建立了锌基金属有机框架（Zn-MOF）和氧化钨（WO3）的新型光致变色结作为光致变色单元，并通过离子和氢键的相互作用嵌入到聚（丙烯酸-聚乙二醇）[P（AA/PEG）]的水凝胶中（记为P（AA/PEG）-Zn-MOF@WO3），随后作为自漂白光致变色剂用于组装紫外线照射的智能复写装置。紫外线照射后，光诱导电子可以有效地从Zn-MOF迁移到Zn-MOF@WO3结中，从而提高着色程度。由于增强了对光刺激的快速反应，使用200mg Zn-MOF制备的P(AA/PEG)-Zn-MOF@WO3-3水凝胶在紫外灯照射下表现出10s的快速反应光致变色行为，并且在室内条件下（20分钟内）可以很容易地进行自褪色过程。此外，P(AA/PEG)-Zn-MOF@WO3-3光致变色水凝胶的着色程度可以通过改变紫外线照射时间来精确控制和重复。因此，P(AA/PEG)-Zn-MOF@WO3-3的快速光致变色和自褪色特性提供了快速和简便的 “书写”和 “擦除”能力。本工作提出了一种用智能光学材料构建可逆响应的光致变色水凝胶的新方法，进一步拓宽了它们在智能传感器、智能窗和柔性存储器件中的应用。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140822

7.       Small：从海藻酸盐水凝胶微珠中通过近红外触发按需控制释放腺相关病毒用于基因治疗

Near-Infrared-Triggered On-Demand Controlled Release of Adeno-Associated Virus from Alginate Hydrogel Microbeads with Heat Transducer for Gene Therapy（2022.12.9）

使用腺相关病毒（AAV）进行基因治疗，有可能成为治疗感音神经性耳聋等遗传性疾病的根本方法。为了建立临床应用，有必要通过控制AAV的释放系统来避免AAV的免疫反应。该研究提出了一种近红外（NIR）触发的按需AAV释放系统，该系统使用带有热传感器的藻酸盐水凝胶微珠。通过使用一个基于离心机的微液滴喷射装置，制作了用Fe3O4微粒子（Fe3O4-MPs）作为热传感器的AAV封装微珠。Fe3O4-MPs通过近红外产生的热量增强了AAV的扩散速度，从而使AAV从微珠中释放出来。通过用近红外照射包裹荧光聚苯乙烯纳米颗粒（FP-NPs）（病毒模型）的微珠，只有直径为20纳米的FP-NPs的荧光强度下降，而100或200纳米的则没有，这证实了该系统可以释放直径为几十纳米的病毒。通过对带有Fe3O4-MPs的AAV封装微珠进行近红外照射，AAV被按需释放，并证实AAV对细胞的基因转染不会损失病毒活性。本研究提出的近红外触发的AAV释放系统增加了基因治疗中药物释放方法的选择数量。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202204139

8.       Science Advances：通过递送神经源水凝胶实现辐射损伤的唾液腺的长期功能再生

Long-term functional regeneration of radiation-damaged salivary glands through delivery of a neurogenic hydrogel（2022.12.21）

头颈部癌症放疗后，唾液腺针状细胞被严重耗尽，导致唾液流失和广泛的口消化道并发症。由于没有再生疗法，器官功能障碍是不可逆的。该研究使用成年小鼠系统，证明辐射损伤的唾液腺可以通过持续输送神经源性毒蕈碱受体激动剂cevimeline而实现功能再生。实验结果表明，内源性腺体的修复与神经活动的增加和消化道细胞的分裂相吻合，这仅限于辐射后的第一周，此后会出现广泛的消化道细胞退化、功能障碍和胆碱能失调。然而，通过持续的局部输送西维美林-海藻酸水凝胶来模拟胆碱能的毒蕈碱输入，足以使受支配的尖锐湿疣细胞再生，并在长期（>3个月）时间内保持非辐射水平的生理性唾液分泌。因此，本文揭示了一种以前未知的恢复上皮器官结构和功能的再生方法，对人类患者具有广泛的意义。

原文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adc8753

9.       Biomaterials：用供氧注射器制造高氧诱导的水凝胶，用于原位组织再生

Oxygen-supplying syringe to create hyperoxia-inducible hydrogels for in situ tissue regeneration（2022.12.7）

再生材料设计的最新趋势包括开发生物活性基质，利用各种生物物理化学刺激（定义为原位组织再生）来驾驭人体的先天愈合能力。其中，高氧（>21%pO2）是众所周知的促进组织再生的治疗因素，如免疫细胞招募、细胞增殖、血管生成和成纤维细胞分化为肌成纤维细胞。虽然有各种诱导高氧的策略报道，但开发先进的高氧诱导生物材料用于组织再生仍然是一个挑战。在这项研究中，通过过氧化钙介导的表面修饰，开发了一种过氧化氢酶固定的注射器（定义为Oxyringe）作为一种新型的供氧系统。利用Oxyringe制造了高氧诱导的水凝胶。这种水凝胶起到了止血的物理屏障的作用。此外，高氧基质在体内诱导瞬时高氧（高达46.0%pO2）。有趣的是，水凝胶诱导的高氧促进了初始巨噬细胞的招募和炎症的快速治疗。此外，水凝胶的高氧释放促进了增殖阶段所涉及的新生血管和细胞增殖，加快了伤口愈合中与重塑阶段有关的组织成熟。总之，Oxyringe作为一个先进的供氧平台，在创造高氧诱导水凝胶用于原位组织再生方面具有很好的潜力。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121943

10.    Biomaterials：用于原位T细胞扩增和增强抗肿瘤效果的T细胞反应性大孔水凝胶

T cell-responsive macroporous hydrogels for in situ T cell expansion and enhanced antitumor efficacy（2022.12.16）

过继T细胞疗法在治疗癌症和其他疾病方面已显示出巨大的前景。虽然在改善T细胞的体外扩增方面做出了广泛的努力，但仍缺乏在采用性转移后维持T细胞增殖和功能的策略。该研究报告了一种可注射的T细胞反应性大孔水凝胶，它能使T细胞在原位激活和扩增。这种大孔凝胶由一个具有分散大孔（150微米）的聚合物网络组成，这些大孔足以容纳T细胞。在有T细胞存在的情况下，可以逐渐破坏大孔周围的凝胶网络，激活因子可以逐渐释放，用于T细胞的原位激活和扩增。这种T细胞反应性大孔凝胶能使体内效应性T细胞扩增，皮下注射后数周内稳定，并导致CD8+T细胞反应和抗肿瘤疗效增强。实验结果进一步表明，T细胞反应性大孔凝胶可以用低得多的细胞剂量达到与传统T细胞疗法相当的抗肿瘤效果。这种可注射的T细胞反应性大孔凝胶提供了一个可控的工程T细胞体内扩增的平台，以便及时有效地治疗疾病。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121972

11.    Small：用于远程电疗辅助的伤口修复的具有红光驱动光伏效应的Bi2S3/TiO2/rGO异质结构的一锅合成法

One-Pot Synthesis of Bi2S3/TiO2/rGO Heterostructure with Red Light-Driven Photovoltaic Effect for Remote Electrotherapy-Assisted Wound Repair（2022.12.4）

随着人们对电子生物过程的日益关注，新型光电纳米材料在赋予新的治疗策略，如建立内源性电场（EEF）和电疗之间的联系方面，是非常值得期待的。与传统的侵入性刺激相比，光引发的策略具有非侵入性、非电力供应和精确可控性等优点。而普通的光活化材料需要短波长的光激发，并伴随着组织穿透性差和生物危害。在此，通过构建p-n异质结构的Bi2S3/TiO2/rGO（BTG）纳米颗粒，实现了比普通紫外线激发更宽的光吸收和更高的光转换。同时，BTG异质结构的光电性能，以及Bi2S3形态的协同效应也得到了揭示。此外，合理设计的由胶原蛋白和透明质酸组成的仿生水凝胶基质提供了适当的生物活性、界面附着力、机械匹配和电子传输。因此，加载BTG的光电基质提供了一个光驱动电刺激的平台，耦合EEF来调节电生理和再生微环境。光电刺激的实施为非药物治疗和与电有关的生物过程调控带来了广阔的前景，包括骨整合、神经再生、电子皮肤和伤口愈合。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202206231

12.    ADVANCED HEALTHCARE MATERIALS：一步法制备的可注射水凝胶支架系统可连续释放双生长因子，最大限度地提高骨质再生能力

One-Step Preparation of an Injectable Hydrogel Scaffold System Capable of Sequential Dual-Growth Factor Release to Maximize Bone Regeneration（2022.12.1）

众多的生长因子参与了自然骨愈合的过程，而这一过程是以时间和浓度依赖的方式精确控制的。模仿生长因子的分泌模式可能是最大化骨再生效果的有效手段。然而，在不使用多种材料或复杂的支架设计的情况下实现各种生长因子的顺序输送是具有挑战性的。该研究开发了一种包裹骨形态发生蛋白（BMP）-2和TGFβ-1的可注射的聚（有机磷）水凝胶支架（IPS）（IPS_BT），以模仿自然骨愈合中参与的生长因子的顺序分泌。IPS_BT系统被设计成缓慢地释放TGFβ-1，同时在较长的时间内保留BMP-2。当IPS_BT被注射到体内时，水凝胶被骨组织取代。此外，在骨再生的早期阶段，血管生成（CD31和α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA））和干性（Nanog和SOX2）标志物高度上调。这里开发的IPS系统在组织工程中具有很好的应用前景，因为1）各种数量的生长因子可以在一个步骤中被加载，2）每个生长因子的释放模式可以通过它们的分子相互作用的差异来控制，以及3）注射的IPS可以被降解并被再生的骨组织取代。

原文链接： https://doi.org/10.1002/adhm.202202401

13.    ACS Nano：具有双重硬度梯度的光聚合水凝胶系统揭示了成纤维细胞神经衰弱中不同的基于肌动蛋白的机械反应

A Photopolymerized Hydrogel System with Dual Stiffness Gradients Reveals Distinct Actomyosin-Based Mechano-Responses in Fibroblast Durotaxis（2022.12.7）

Durotaxis是由硬度梯度引导的细胞迁移，在发育和疾病中至关重要。为了将Durotaxis特定的迁移机制与均匀基质硬度上的迁移机制区分开来，该研究设计了一个多合一的光聚合水凝胶系统，其中包含具有双坡度（陡峭和浅）的硬度梯度区域，与均匀硬度（软和硬）区域相邻。虽然成纤维细胞依赖于非肌肉肌球蛋白II（NMII）的活性和LIM域蛋白Zyxin，但ROCK和Arp2/3复合物在任何一个硬度梯度上都是令人惊讶地不需要的。此外，肌动蛋白延长器Formin-like 3（FMNL3）或肌动蛋白捆绑器farmin的缺失对硬度梯度上的durotactic反应没有什么影响。然而，Arp2/3活性的缺乏导致基于丝状体的durotactic迁移，其效率与基于片状体的durotactic迁移相同。重要的是，该研究揭示了FMNL3和fascin在基于丝状体的室壁迁移对硬度梯度的反应过程中，在丝状体的形成和不对称分布中的重要和特殊作用。总之，此可调整的一体化水凝胶系统有助于确定保守的以及独特的分子机制，这些机制是经历了硬度梯度改变的细胞的机械反应的基础。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c05941

12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！