摘要

最近，西安交通大学徐峰教授、孙晓龙教授团队报告了一种“智能”水凝胶系统，该系统可以通过动态共价自适应网络重构为多种架构。水凝胶结构的拓扑变化通过胺-硫醇加扰、硫醇-硫醇交换、解偶联反应和二硫化物形成重新形成共价化学键，从而产生动态可调的特性。水凝胶的刚度可以通过动态共价键进行调节，如流变学测量所示，一些水凝胶显示出自修复和剪切稀化特性。

值得注意的是，显着的结构转变是在室温下中性水性条件下实现的。这些“智能”水凝胶显示出良好的生物相容性，可以在二维细胞培养中诱导细胞生长，并在三维细胞培养中有效地作为包裹和释放人类间充质干细胞的支架。因此，开发的“智能”水凝胶系统在组织工程和细胞治疗等生物医学应用中具有巨大潜力。相关论文以题为Chemically Triggered Hydrogel Transformations through Covalent Adaptable Networks and Applications in Cell Culture发表在《ACS Macro Letters》上。

示意图 1. Click-Declick 化学实现的拓扑变化示意图：(A) 通过胺-硫醇和硫醇-硫醇加扰的共轭受体的点击反应和通过在水性条件下添加 DTT 的新形成的胺-硫醇共轭受体的点击反应，(B) 通过 CuAAC 点击反应形成 H-1 叠氮化物终止的四臂聚（乙二醇）（PEG）和炔终止的共轭受体 1 之间，以及（C）H-1 和代表性化学结构矩阵内多种缔合成分交换过程的示意图

示意图 2. 基于胺-硫醇/硫醇-硫醇加扰、解偶联反应和硫醇-二硫化物氧化的各种水凝胶的共价适应性网络示意图：(A) PEG 二胺诱导的 H-内化学键断开和重新连接 1 基质通过胺-硫醇和硫醇-硫醇交换生成 H-2，(B) PEG 二硫醇诱导的 H-1 基质内的化学键断开和重新连接通过硫醇-硫醇交换获得 H-3，以及 (C) DTT 诱导的化学键断开和过氧化氢诱导的重新连接以生成 H-4

图 1. 水凝胶及其转化的流变学研究和表征。

图 2. 使用 H-2 和 H-3 的二维细胞培养。(A) 共聚焦显微镜图像显示在 H-2 和 H-3 和共聚焦盘表面上培养的 SH-SY5Y 的形态。(B) 使用 ImageJ 软件计算的 SH-SY5Y 细胞的扩散面积和圆形度，显示细胞在不同凝胶表面上的不同扩散。

图 3. 细胞封装、分布和生长。(A) 示意图描绘了 H-2 内细胞的诱捕。(B) 共聚焦显微镜在 H-2 内封装后 48 小时封装的人类间充质干细胞的最大投影。(C) H-2 降解后，将 hMSCs 培养 5 天和 7 天。

总结

该团队提出了一种通过共价适应性网络建立水凝胶转化的新方法。基于CuAAC点击反应合成的水凝胶，新水凝胶的拓扑结构可以通过胺-硫醇加扰、硫醇-硫醇交换、二硫键和中性水性条件下的解偶联反应来改变。表征和分析了网络的机械和微观结构特性以及生物相容性。通过共价适应性网络的重排，该系统可以形成具有不同刚度、自愈能力和良好生物相容性的拓扑水凝胶。总之，水凝胶系统在组织工程和细胞治疗等生物医学应用中显示出巨大的潜力。