水凝胶——集群导弹灵感动态纳米复合水凝胶精确调控局部肿瘤治疗与诊断

  局部注射型肿瘤治疗与诊断纳米复合水凝胶由于其将两种系统的优势集成并同时最小化其缺点，展现出了巨大的临床转化潜力。然而，如何高效地让纳米药物从水凝胶中释放，并克服肿瘤渗透与积累之间的内在冲突，直接决定了其治疗与诊断效率。本文开发了一种通过席夫碱反应合成的集群导弹灵感动态纳米复合水凝胶，该水凝胶由交联的协同尺寸可变化的纳米前药（NPs）与戊二醛（GA）组成。类比集群导弹，该水凝胶能够高效释放初始尺寸为25.3 nm的纳米药物，响应肿瘤外部pH环境进行深度肿瘤分布和细胞内摄取，同时在肿瘤细胞内部pH和谷胱甘肽（GSH）的响应下，精确调控细胞内积累并高选择性地释放药物，从而实现强效的局部化化疗。此外，纳米药物中的铂重金属赋予水凝胶监测自身及肿瘤组织动态变化的能力，无需额外常规成像剂。因此，这种集群导弹灵感的动态纳米复合水凝胶为精确局部肿瘤治疗与诊断提供了新的临床应用路径。

创新点：

1. 通过模拟集群导弹的机制，设计了动态纳米复合水凝胶，能够在响应肿瘤微环境变化时精确释放纳米药物，并实现深度肿瘤分布。

2. 纳米药物能够响应肿瘤的外部pH值进行深度渗透，并在肿瘤细胞内部通过pH/GSH的双重响应实现精确的药物释放和高效积累。

3. 纳米药物中铂金属的使用，使得水凝胶能够在无需传统成像剂的情况下，实现对自身及肿瘤组织动态变化的监控。

4. 采用协同尺寸可变化的纳米前药，确保药物能够在肿瘤环境中实现最佳的释放与分布效果。

对科研工作的启发：

1. 通过细致调控肿瘤微环境pH值和GSH水平，可以设计更加精准的靶向药物释放系统，有效提高治疗效果并减少副作用。

2. 模仿自然界或军事技术中的高效机制，如集群导弹的设计思路，可以为药物递送系统提供新的启示，增强药物在肿瘤微环境中的渗透和分布能力。

3. 水凝胶作为智能材料，在药物递送和治疗中展现出较强的适应性和灵活性，未来可以结合更多外界刺激响应机制，实现精确控制。

4. 通过铂金属等重金属的引入，不仅实现药物递送，还能够动态监控药物及肿瘤的变化，为实时治疗调整提供数据支持。

5. 在纳米药物设计中，如何实现药物的高效释放与局部积累之间的平衡，成为研究的新方向，可结合多种响应机制进行优化。

思路延伸：

1. 纳米药物的可控释放机制：未来可以将多种环境因子（如酸碱度、温度、电场等）结合在纳米药物的释放设计中，进一步提高其在肿瘤微环境中的可控性和精准度。

2. 集群导弹理念的跨学科应用：集群导弹灵感的设计不仅可以用于药物递送，还可以应用于其他生物医学领域，如基因递送、疫苗传递等。

3. 动态水凝胶系统的多功能化：可以考虑将动态水凝胶与其他治疗手段（如免疫治疗、光热治疗等）结合，实现多重治疗模式的协同效应。

4. 无成像剂的实时监控技术发展：结合纳米颗粒的磁性或荧光特性，进一步发展无需额外成像剂的实时监控技术，以实现药物治疗的精确调控和监测。

来源：

Adv. Funct. Mater.
Pub Date  : 2024-12-02
DOI : 10.1002/adfm.202418295

Jingge Ma, Beilei Gong, Wenlei Hu, Junheng Liu, Yujing Wang, Zixuan Wang, Xuefeng Yang, Xin Wang, Hailin Yang, Guoqing Yan