看水凝胶如何清除活性氧这只“拦路虎”--ROS清除型水凝胶研究进展

一直以来，“抗氧化能抗衰老”的观点经久不衰。深究其个中原因，大家会不会这样想：氧气有没有可能是一种慢性毒气，通常需要百年时间内杀死人类？从某种角度来看，吸入的氧气与我们有机体作用的过程本质上是一种氧化作用，即是缓慢的“燃烧”过程。其实这些说法都与自由基、活性氧（ROS）有关。人体代谢过程中产生的ROS也叫氧自由基，是从氧衍生出来的自由基，包括羟基由基（•OH）、超氧阴离子（O₂•–）、过氧化氢（H₂O₂）等。当ROS水平超过细胞抗氧化防御时，由此产生的氧化应激对细胞大分子（如脂质，蛋白质和DNA）造成氧化损伤，这与癌症、糖尿病、慢性创面、神经退行性疾病和衰老等炎症相关疾病的发展和恶化密切相关。因此，在病理条件下抑制氧化应激、清除ROS这个“拦路虎”，对于机体的“永葆青春”可能具有治疗益处。

水凝胶具有优异的生物相容性和可调的理化性能等，其已被广泛应用于负载小分子药物、目标蛋白和目标因子。目前，基于非侵入式清除ROS的微创治疗方案一直是研究者探究的热点。ROS清除型水凝胶可以通过在水凝胶基质中加入各种ROS清除剂来调节应用水凝胶的组织的氧化应激和炎症反应。此外，当生长因子和化学药物等治疗试剂共载时，协同效应有望增强炎症相关疾病的治疗。为了方便大家进行相关内容的学习，EFL整理了与ROS清除型水凝胶相关的综述2篇和文献10篇，供大家参考学习。

一、综述

1. ACS Applied Materials & Interfaces (IF=10.383)：用于调节炎症反应的 ROS 清除治疗性水凝胶；2021.12.28

简介：高生物相容性的水凝胶是一种开发用于清除ROS的有前途的治疗药物平台。清除ROS的水凝胶可以消除氧化应激，加速再生过程，并显示出与其他药物或治疗分子的协同作用。本篇综述讨论了ROS产生和清除的机制及由此产生的氧化应激对炎症性疾病的影响，并总结了此类水凝胶治疗各种炎症相关疾病的最新研究进展。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c18261

2. Journal of Materials Chemistry B (IF= 7.571)：利用可注射抗氧化水凝胶管理活性氧这把“双刃剑；2021.7.01

简介：ROS的适度增加会导致细胞增殖、存活和良性免疫反应增强，而ROS应激会破坏细胞的抗氧化能力，从而破坏核酸、蛋白质和脂质，导致致癌突变和细胞死亡。另一方面，ROS的选择性毒性可用于对抗癌症和病原体，因此也是生物医疗领域的一把双刃剑。可注射抗氧化水凝胶已被开发用于对抗ROS诱导的疾病，具有较好的生物相容性、成型性和微创性。本综述总结了ROS在病理条件下的角色及可注射抗氧化水凝胶治疗干预ROS的潜在可能性，以预防许多癌症和感染治疗的副作用。

原文链接：

https://doi.org/10.1039/D1TB00728A 

二、研究进展

3. ACS NANO(IF=18.027) ：可注射水凝胶作为用于糖尿病伤口愈合的温和光热控制氧气释放平台；2022.5.9

简介：缺氧、过量ROS、血管生成受损、持续炎症和细菌感染是阻碍糖尿病创面愈合的关键问题。特别是，可控氧释放和活性氧清除在伤口愈合期间至关重要。研究者设计了一种基于透明质酸移植多巴胺(HA-DA)和聚多巴胺(PDA)包覆Ti₃C₂ MXene纳米片的可注射水凝胶，该材料具有自愈合、组织粘附和止血作用，结合温和热刺激，通过供氧、清除ROS、根除细菌、促进血管生成，促进人脐静脉内皮细胞(HUVEC)增殖，显著促进糖尿病创面的愈合。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10575

4. ACS Applied Materials & Interfaces (IF=10.383)：含有普鲁士蓝纳米粒子的温敏水凝胶通过清除活性氧促进糖尿病创面愈合；2022.3.17

简介：氧化应激是被认为是糖尿病足溃疡发病机制的关键驱动因素。研究者制备了一种基于聚(d,L-丙交酯)-聚(乙二醇)-聚(d,L-丙交酯)(PDLLA-PEG-PDLLA，PLEL)负载PBNP的温敏水凝胶创面敷料。实验表明，PBNPs@PLEL可促进糖尿病创面的愈合，减少ROS的产生，促进血管生成，并降低糖尿病患者体内的促炎白细胞介素-6(IL-6)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.1c24569

5. ACS Applied Materials & Interfaces (IF=10.383)：新型葡萄糖响应抗氧化复合水凝胶促进糖尿病创面修复；2022.2.7

简介：抗氧化水凝胶在糖尿病创面治疗领域显示出巨大的应用潜力。但以智能方式实现ROS的清除仍是一个艰巨的挑战。在此，研究者设计了一种新型葡萄糖响应性抗氧化复合水凝胶用于糖尿病创面修复。首先制备葡萄糖敏感性的苯硼酸(PBA)修饰的透明质酸(HA)，然后复合聚乙二醇二丙烯酸酯(PEG-DA)获得新型复合水凝胶(PEG-DA/HAPBA)。负载杨梅黄酮 (MY)的PEG-DA/HA-PBA/MY(PHM)实现了葡萄糖触发的MY释放、有效ROS清除(>80.0%)，重塑了氧化性伤口的微环境。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.1c23461

6. ACS Nano (IF=18.027)：pH/葡萄糖双响应型自愈合水凝胶敷料用于运动型糖尿病足伤口愈合；2021.1.31

简介：基于II型糖尿病足慢性伤口缺乏特异性的药物缓释系统，以及足部伤口需要频繁运动这一现象。研究者基于席夫碱与苯硼酸酯的双动态键，构建了pH/葡萄糖双响应性多功能的苯硼酸与苯甲醛双功能聚乙二醇共聚(甘油癸二酸)/二氢咖啡酸与L-精氨酸接枝壳聚糖(PEGS-PBA-BA/CS-DA-LAG，简称PC)水凝胶敷料。研究证明，PC水凝胶通过减少炎症和促进血管生成促进了大鼠II型糖尿病足模型的伤口愈合。此外，二甲双胍(Met)和氧化石墨烯(GO)的添加及其协同作用能更好地促进体内创面修复。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c11040

7. Biomaterials (IF=15.304) ：ROS触发性药物释放可注射水凝胶有效治疗慢性牙周炎；2021.1.22

简介：慢性牙周炎并发糖尿病(CPDM)的临床治疗是一个长期棘手的问题。ROS的过量产生是CPDM的重要原因之一。本研究利用氧化右旋糖酐(OD)和苯硼酸功能化聚(乙烯亚胺)(PBA-PEI)建立了一种新型注射局部给药系统(LDDS)，该系统通过B-N配位协同提高了脱氧西环素(Doxy)和二甲双胍(Met)的载药效率，并实现了ROS响应型的局部药物释放。通过对CPDM大鼠牙槽骨的形态计量学和组织学观察，检测牙龈组织中免疫炎症介质的表达水平，验证了Doxy和Met在CPDM大鼠模型中的良好协同作用。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121387

8. Advanced Materials (IF=32.086)： “诊疗一体”逻辑的智能水凝胶，精准响应病理微环境、协调骨免疫级联促进糖尿病骨再生；2021.12.18

简介：目前糖尿病骨缺损的再生仍然具有挑战性，因其愈合环境受到诸如血糖波动(GF)、ROS和基质金属蛋白酶(MMPs)等病理因素的复杂影响。研究者通过由苯硼酸交联的聚乙烯醇和明胶组成的双网络水凝胶，开发了一种结合“诊断”和“治疗”双重功能的逻辑智能型水凝胶。该水凝胶通过“诊断”糖尿病骨创伤微环境中的三种病理信号(GF、ROS、MMPs)，针对性的自主释放蛋白因子药物以实现“治疗”作用，从而编程控制不同药物的释放以匹配免疫-骨化级联，该“诊断-治疗一体”逻辑智能水凝胶的应用为复杂病理微环境下智能水凝胶的应用和其生物学机制探索提供了策略参考。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202108430

9. Materials Today Nano (IF=13.364)：醋酸地塞米松包覆活性氧清除胶束的可注射水凝胶用于骨关节炎的联合治疗；2021.11.24

简介：选择性清除过表达的ROS对氧化应激和炎症有抑制作用，在骨关节炎(OA)的治疗中具有重要意义。本研究通过将醋酸地塞米松(DA)负载的可清除ROS的聚乙二醇-b-聚硫金属-b-聚乙二醇(PEGPTK-PEG)胶束(PDM)包埋于可注射水凝胶中，制备了ROS清除和药物释放平台。通过酰肼接枝的透明质酸(HA-ADH)和醛基修饰的右旋糖酐(Dex-ALH)之间的席夫碱反应构建水凝胶(HDH@PDM)。PDM赋予水凝胶增强的抗氧化能力，这反过来赋予PDM延长的保留和持续性的DA释放。在OA大鼠模型中，关节内注射凝胶可通过消耗ROS和抑制炎症细胞因子，以及下调促炎M1巨噬细胞比例，有效降低炎症反应，表现出良好的预防软骨细胞外基质退变的能力。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.mtnano.2021.100164

10. Science Advances (IF=14.957)：输氧水凝胶加速糖尿病伤口愈合；2021.8.27

简介：慢性伤口中的长期缺氧会通过抑制血管生成、再上皮化和细胞外基质合成来损害愈合过程。增强伤口组织氧合是慢性伤口愈合的关键。研究者开发了一种基于释氧微球（ORM）和可注射、快速凝胶和ROS清除水凝胶（ROSS凝胶）的制氧系统。水凝胶捕获糖尿病伤口中自然升高的ROS后进行氧气的释放，氧气促进了角质形成细胞和真皮成纤维细胞的存活和迁移及血管生成，并下调促炎细胞因子的表达，显著提高了伤口闭合率。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj0153

11. Advanced Functional Materials (IF=19.924)：ROS 响应型可注射水凝胶用于心肌修复；2021.7.08

简介：心肌缺血的及时再灌注是治疗心肌梗死的有效方法。然而，缺血组织的血液再灌注会导致过度毒性反应ROS的产生，进一步加重心肌损伤。ROS已被用作缺血-再灌注(I/R)损伤的诊断标志物和治疗靶点，并作为一种刺激触发药物释放的治疗手段。研究者合成了一种ROS敏感的交联聚乙烯醇（PVA）水凝胶，以提供碱性成纤维细胞生长因子（b-FGF）进行心肌修复。Gel-bFGF水凝胶具有长期释放b-FGF的能力，以应对血液再灌注引起的心包腔内过度生成的ROS。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202004377

12. Biomaterials (IF=15.304)：活性氧触发可降解性水凝胶；2020.11.16

简介：ROS是细胞产生的信号分子，可以触发生物材料在体内的降解。针对细胞特异性降解的问题，研究者利用ROS的降解特性，设计以硫醇-马来酰亚胺合成聚乙二醇基水凝胶与ROS可降解的聚硫酮（PTK）聚合物，并作为细胞可降解，抗氧化干细胞传递平台。PTK水凝胶的抗氧化能力可以保护被包裹的间充质干细胞免受外源性ROS的干扰，提高包封细胞的存活率。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120377

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