具有高水含量和生物相容性的水凝膠在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有多種應(yīng)用，例如癌癥，糖尿病，和心血管疾病。將粘合性能納入水凝膠可以顯著擴(kuò)展應(yīng)用。盡管所有先前的工作都清楚地表明了粘合水凝膠的巨大潛力，但粘合主要是基于水凝膠與基材之間的直接化學(xué)反應(yīng)，并且會(huì)散發(fā)大量能量。還開(kāi)發(fā)了基于物理相互作用的粘合劑水凝膠，例如涉及貽貝啟發(fā)的鄰苯二酚官能團(tuán)的粘合劑。但是，鄰苯二酚基團(tuán)很容易被空氣中的氧氣氧化為醌基團(tuán)，這可能會(huì)限制它們的長(zhǎng)期和可重復(fù)的粘合性能。
日前，康奈爾大學(xué)Minglin Ma團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種新型的具有高氫鍵密度的粘性水凝膠，該凝膠利用了“三重氫鍵簇”（THBC）的負(fù)載分擔(dān)效應(yīng)。當(dāng)作為側(cè)基結(jié)合到水凝膠基質(zhì)中時(shí)，即使沒(méi)有任何化學(xué)反應(yīng)，THBC也會(huì)導(dǎo)致水凝膠對(duì)包括玻璃和薄紙?jiān)趦?nèi)的一系列表面產(chǎn)生強(qiáng)力粘附?；谶@種水凝膠，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了兩種創(chuàng)新的，繃帶狀的治療性醫(yī)療器械，分別用于治療肝癌和1型糖尿病。。相關(guān)工作以“An Adhesive Hydrogel with“Load‐Sharing” Effect as Tissue Bandages for Drug and Cell Delivery”為題發(fā)表在《Adv. Mater》上。
THBC粘合水凝膠的合成
研究人員將THMA與APMA進(jìn)行了共聚，可促進(jìn)交聯(lián)和鹽置換。THBC粘合劑水凝膠可粘附在各種表面上，例如玻璃，塑料，聚四氟乙烯（PTFE），不銹鋼，木材和橡膠。此外，含80％THMA的p（APMA- co‐THMA）水凝膠對(duì)小鼠肝臟也具有高度粘附性。
粘合水凝膠示意圖
由于離子性質(zhì)而引起的STTP交聯(lián)在生理?xiàng)l件下（例如，在鹽水中）缺乏必要的穩(wěn)定性，這使其在長(zhǎng)期體內(nèi)應(yīng)用中具有挑戰(zhàn)性。因此，研究人使用氧化葡聚糖（Dex-CHO）來(lái)化學(xué)交聯(lián)相同的p（APMA-co- THMA）共聚物，以增強(qiáng)其穩(wěn)定性。
Dex-CHO交聯(lián)形成可生物降解的粘合劑水凝膠的示意圖
THBC粘合水凝膠應(yīng)用
為了利用組織粘附特性并證明水凝膠的治療潛力，研究人員設(shè)計(jì)了具有器官特異性，持續(xù)藥物釋放的內(nèi)部繃帶，并在首次應(yīng)用肝癌時(shí)選擇了其作為模型，發(fā)現(xiàn)p（APMA- co -THMA）/Dex-CHO粘合水凝膠繃帶可以使藥物直接釋放到肝臟，減輕快速清除率，并改善腫瘤吸收。
藥物釋放繃帶
為了評(píng)估粘性水凝膠繃帶是否可以抑制腫瘤生長(zhǎng)并提高生存率，研究人員進(jìn)行了長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)，治療患有原位Luc-HepG2肝腫瘤的SCID小鼠。發(fā)現(xiàn)使用水凝膠繃帶將順鉑以持續(xù)方式直接遞送至腫瘤部位可以帶來(lái)更高的治療效果，而副作用更少。
水凝膠繃帶遞送順鉑
為了證明內(nèi)部水凝膠繃帶的多功能性，研究人員探索了用于1型糖尿?。═1D）治療的胰島素產(chǎn)生細(xì)胞的遞送。開(kāi)發(fā)了一種“細(xì)胞繃帶”，其中使用p（APMA- co- THMA）粘合水凝膠將包裹胰島的藻酸鹽水凝膠薄板粘合到腹膜腔內(nèi)的體壁上。使用這種雙層水凝膠繃帶，將大鼠胰島遞送到化學(xué)誘導(dǎo)的糖尿病C57BL / 6小鼠中。在藻酸鹽層中可見(jiàn)具有高活力的胰島。移植后不久，所有糖尿病小鼠的血糖（BG）水平均降至正常血糖范圍。
胰島繃帶
總結(jié)
研究人員開(kāi)發(fā)的水凝膠粘附機(jī)理歸因于氫鍵的高密度和THBC的獨(dú)特ELS構(gòu)型。在水凝膠中，氫鍵可能會(huì)在界面和主體中形成，從而在兩個(gè)地方都耗散能量。與存在相同密度的鍵但均勻分布在界面上的情況相比，粘合劑層的ELS效果導(dǎo)致更強(qiáng)的粘合力。研究人員利用了體內(nèi)對(duì)組織的穩(wěn)定粘附力，并設(shè)計(jì)了內(nèi)部繃帶用于抗腫瘤藥物遞送或1型糖尿病細(xì)胞替代治療。雖然需要更多的工作來(lái)將粘合劑水凝膠轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用，但這項(xiàng)研究提供了其在開(kāi)發(fā)用于藥物和細(xì)胞遞送的內(nèi)部繃帶方面的潛在用途的概念證明。
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