水凝胶+勤劳的打工仔“益生菌”，会发生什么？

2020年新冠肺炎疫情爆发，让我们感受到生命健康的重要性，更加意识到健康生活，提高免疫力的重要性。那么除了日常的锻炼，我们该吃点啥来增强免疫力呢？喝双黄连口服液吗？服用维生素C吗？No! No! No！，来点益生菌吧！国家卫健委印发的《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案》的通知中写道：可用肠道微生态调节剂，维持肠道微生态平衡，预防继发细菌感染。“肠道微生态调节剂”是什么？一起来看看国家医用微生态研究中心专家组怎么说。据专家组介绍，“肠道微生态调节剂”用于被感染者恢复肠道菌群平衡，增强肠粘膜屏障功能，促进分泌性免疫性球蛋白IgA、T淋巴细胞以及NK细胞的分泌表达，以提高呼吸道和肠道粘膜免疫与机体免疫力，增强抗病力，预防继发性感染，帮助患者早日康复。

“益生菌”勤劳的打工仔

其实，益生菌已经广泛存在于我们的机体或日常食物中，如酸奶、保健品等。益生菌一定程度上有助于恢复肠道中细菌的自然平衡，改善相关的身体指标，提高身体免疫力。那么以炎症性肠病（IBD）为例，如何将益生菌有效递送至患者炎症部位？简单口服递送面临的生物学挑战（稳定性、可控性、靶向性等）极大地限制了益生菌治疗的应用。

水凝胶由于其优异的生物学性能，被广泛用作细胞2D/3D培养的基质、组织工程的模板及药物与细胞递送的有效载体。为了方便大家了解水凝胶在递送益生菌方面的应用，EFL挑选了与益生菌水凝胶递送平台相关的文献，供大家参考和学习。

1. AFM（IF=18.8）：具有抗胃酸和智能炎症因子靶向递送性能的聚-γ-谷氨酸微凝胶用于改善结肠炎；2022.03.23

益生菌：

<嗜酸乳杆菌>维持肠道屏障功能并调节黏膜和全身免疫反应

凝胶材料：

聚-γ-谷氨酸水凝胶

研究方法：

将嗜酸乳杆菌负载于聚-γ-谷氨酸前驱体中，利用微流控法制备得到载有益生菌的NO响应性聚-γ-谷氨酸(γ-PGA)水凝胶微胶囊(NRPM)

研究结论：

由于NRPM的保护作用，负载的益生菌在模拟的胃液（89.67%）和肠液（93.67%）的液体环境中表现出高活力，而游离细菌的数据分别为0%和61.60%。此外，体外和体内研究均表明，微球可以对一氧化氮（NO）刺激作出反应，迅速释放益生菌，维持肠道机械屏障，调节肠道菌群平衡。NRPM显著提高了对硫酸葡聚糖钠诱导的结肠炎小鼠模型的治疗效果。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202113034

2. Advanced Science（IF=16.806）：“以菌治菌”益生菌水凝胶敷料加速感染创面修复；2021.10.31

益生菌：

<罗伊氏乳杆菌> 可通过降低局部pH值和代谢过程中产生的抗菌剂来抑制致病菌的生长。还可分泌一种名为罗伊氏素的抗菌药物，对抗革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具备有效的抗菌作用。

凝胶材料：

甲基丙烯酰化明胶（GelMA），甲基丙烯酰化透明质酸（HAMA）

研究方法：

首先将罗伊氏乳杆菌负载于GelMA前驱体溶液中，通过乳液法制备得到的载有益生菌GelMA微球，然后将微球与HAMA水凝胶混合，光交联得到复合载菌水凝胶

研究结论：

负载罗伊氏乳杆菌的GelMA微球（LRGHM）微球中包裹的活细菌可在水凝胶中正常生长和增殖，并分泌乳酸和抗菌剂至创面环境。该水凝胶敷料不仅可保护益生菌免受免疫系统的攻击，还可有效避免益生菌的逃逸所造成的潜在威胁。体外实验表明，LRHA水凝胶对不同的细菌表现出优异的抗菌作用和出色的生物相容性。体内实验进一步表明，LRHA可以减轻炎症细胞浸润，增强胶原蛋白沉积，加速伤口愈合。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/advs.202102545

3. AFM（IF=18.8）：工程细菌活化多功能水凝胶促进糖尿病创面愈合2021.9.1

益生菌：

<乳酸乳球菌>存在大量的染色体外因子(如质粒和噬菌体)，为其分子生物学研究和基因载体系统的发展提供了良好的基础，本文通过整合乳酸乳球菌与血管内皮生长因子（VEGF）分泌相关的基因密码子，以提高乳酸乳球菌分泌VEGF，逆转糖尿病创面的炎症反应。

凝胶材料：

肝素接枝泊洛沙姆 407（HP）

研究方法：

利用质粒编码VEGF进行基因改造可形成分泌VEGF的益生菌（LL_VEGF），之后制备得到肝素和泊咯沙姆共轭聚合物（HP），最终与分泌VEGF的益生菌集成为温敏性的杂化水凝胶材料（HP@LL_VEGF）

研究结论：

HP@LL_VEGF凝胶体系中的肝素具有保护VEGF不失活的生物学效应，且可以限制VEGF的扩散以实现局部释放，最终放大血管生成信号，进而削弱炎症性微环境，重建创面处的结构性/功能性血管网络，促进糖尿病创面的修复。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202105749

4. Nature Communications（IF=14.919）: 给炎症性肠病打上补丁的益生菌水凝胶 2019.12.06

益生菌：

<基因工程大肠杆菌>产生的纤维基质可原位促进肠道上皮完整性，并像补丁一样填充发炎区域，使其免受肠道微生物和环境因素的影响。

凝胶材料：

可自我再生的益生菌水凝胶

研究方法：

研究团队对大肠杆菌进行基因编程，使其合成并分泌一种改性的CsgA蛋白，作为大肠杆菌卷曲菌毛系统的一部分，这种蛋白在细菌的外表面聚集成长的纳米纤维，并与肠壁表面的黏液蛋白结合。在此基础上，研究团队进一步将基于三叶因子家族3（TFF3）的粘着水凝胶生产机制引入至大肠杆菌中，TFF3能增加水凝胶在肠道中的停留时间，以保护黏膜上皮免受各种损伤。

研究结论：

体内外实验表明，基因编程化大肠杆菌可以分泌卷曲融合的TFFs，且无致病性。其增强了对右旋糖酐硫酸钠诱导的小鼠结肠炎的保护作用，与黏膜愈合和免疫调节有关。该研究为开发利用有益菌原位生产治疗性蛋白基质的平台奠定了基础。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-019-13336-6 

5. ACS Applied Materials & Interfaces（IF=9.229）：负载益生菌的可注射自愈合水凝胶用于创面修复；2022.04.26

益生菌：

<鼠李糖乳杆菌> 可通过释放有机酸、细菌素、酶等抑菌剂，有效防止病原菌粘附和生物膜的形成

凝胶材料：

己二酸二酰肼修饰透明质酸（HA-ADH），PF127-CHO、硫酸多糖岩藻聚糖（FD）

研究方法：

将鼠李糖乳杆菌负载于HA-ADH与PF127-CHO、FD形成的复合水凝胶中，基于HA-ADH与PF127-CHO的席夫碱作用，制备得到载益生菌的可注射水凝胶[e-mail]。

研究结论：

基于动态席夫碱原理得到的可注射、自愈合和仿生[e-mail] 水凝胶具有增强的抗菌能力，且促进了超级细菌诱导的伤口愈合。此外，还发现生物活性水凝胶中鼠李糖乳杆菌浓度(≤1×10⁷CFU/mL)具有优异的细胞相容性和血液相容性。体内实验表明，相比商业Prontosan凝胶伤口敷料，[e-mail]水凝胶极大地抑制了超级细菌引起的感染，增加了上皮细胞和胶原蛋白的形成，从而促进了全层皮肤损伤的修复。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.1c23713

6. ACS Applied Materials & Interfaces（IF=9.229）：负载益生菌的海藻酸盐水凝胶水凝胶用于抵抗胃肠液和抗生素；2021.4.1

益生菌：

<短双歧杆菌>维持或恢复肠道微生物平衡

凝胶材料：

海藻酸盐凝胶，对照组：SiO₂纳米颗粒，2-甲基咪唑锌盐基金属有机骨架（ZIF-8）

研究方法：

将短双歧杆菌负载于不同实验组载体中，研究对比所负载益生菌的细菌活力及对胃酸和四环素的抵抗性。

研究结论：

对比试验表明，仅有海藻酸盐-水凝胶壳对模拟胃酸和四环素有保护作用。海藻酸水凝胶包裹的益生菌与四环素协同作用，可杀灭对四环素产生抗性的大肠杆菌，并保持肠上皮细胞层及其屏障的完整性。负载益生菌短双歧杆菌的海藻酸盐水凝胶和抗生素之间的协同作用值得进一步研究，以治疗耐抗生素大肠杆菌胃肠道感染。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.0c21790

7. ACS Applied Materials & Interfaces（IF=9.229）：载益生菌口服水凝胶递送系统用于改善肠炎 2020.7.23

益生菌：

<鼠李糖乳杆菌>通过产生细菌素、调节免疫和非免疫防御机制、改善肠道菌群等来保护宿主免受胃肠道病原体的侵袭。更重要的是，益生菌可以与病原体竞争肠道上皮细胞的营养和部位，从而抑制病原体粘附，改善细菌性肠炎。

凝胶材料：

巯基化透明质酸（HA-SH）

研究方法：

将鼠李糖乳杆菌负载于HA-SH水凝胶中，该水凝胶对氧化还原敏感，可控释益生菌。鼠伤寒沙门菌(ST)是一种典型的产生H2S的肠道病原体，本研究以水凝胶包被的鼠李糖乳杆菌(H-CL-AB)研究其抑菌活性。

研究结论：

H-CL-AB凝胶可有效保护益生菌免受胃肠道胃酸、胆汁酸等胁迫，且对病原菌鼠伤寒沙门氏菌（ST）具备较好的抑制作用；细胞毒性实验、溶血实验、体重监测及组织切片观察等显示该水凝胶生物相容性较高；使用该缓释系统对ST诱导的肠炎模型小鼠进行治疗，结果显示体重及食物摄入量增加、病原菌丰度显著降低、小肠组织切片形貌更为健康。

原文链接：

https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c11959

8. Materials Science & Engineering C（IF=7.328）:载益生菌氧化白芨多糖-壳聚糖复合凝胶用于创面修复2020.6.6

益生菌：

<植物乳杆菌>通过产生乳酸和细菌素等抗菌分子抑制致病微生物(金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌)的增殖。

凝胶材料：

氧化白芨多糖（OBSP），壳聚糖（CS）

研究方法：

将植物乳杆菌负载于OBSP-CS水凝胶中，OBSP与CS间发生席夫碱反应，形成凝胶。

研究结论：

通过席夫碱反应得到的水凝胶在植物乳杆菌的协同作用下，对伤口感染常见病原菌表现出良好的抗菌能力。全层皮肤缺损模型证实植OBSP-CS-LP水凝胶通过保持创面水分、促进VEGF因子高表达、抑制炎症、加速胶原沉积、防止瘢痕形成，显著促进创面愈合。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.111265

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