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多孔水凝膠是一種具有三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)和豐富孔隙的高分子材料，具有優(yōu)異的吸水性、可控滲透性和良好的機(jī)械柔韌性。其多孔結(jié)構(gòu)不僅能有效提高水凝膠的比表面積，還能促進(jìn)物質(zhì)傳輸和細(xì)胞滲透，適用于藥物釋放、組織工程支架和生物傳感器等領(lǐng)域。

本期小豐整理了3篇多孔水凝膠的最新研究進(jìn)展，一起看下吧~

Advanced Functional Materials

可調(diào)微孔結(jié)構(gòu)的可注射水凝膠用于體積肌肉損失治療

體積性肌肉（VML）損失是一種由創(chuàng)傷或手術(shù)損傷引起的骨骼肌損傷，會(huì)導(dǎo)致不可恢復(fù)的功能喪失，造成慢性缺陷和長(zhǎng)期殘疾。目前的標(biāo)準(zhǔn)治療方法涉及肌肉瓣轉(zhuǎn)移和其他手術(shù)干預(yù)，但這些方法具有高度侵入性且效果不理想。

2025年6月25日，期刊Advanced Functional Materials報(bào)道研究人員通過(guò)創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)具有可調(diào)微孔結(jié)構(gòu)的可注射水凝膠系統(tǒng)，為解決體積性肌肉損失治療中的關(guān)鍵難題提供了突破性方案。

研究人員首先從分子設(shè)計(jì)入手，通過(guò)將氫鍵功能基團(tuán)（UPy）引入明膠分子，在與化學(xué)交聯(lián)明膠混合時(shí)誘導(dǎo)液-液相分離，成功構(gòu)建了孔徑8-22μm可調(diào)的微孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)既保留了水凝膠的可注射特性，又實(shí)現(xiàn)了相互連通的微孔結(jié)構(gòu)，完美解決了傳統(tǒng)材料中注射性與多孔性難以兼顧的矛盾。

在生物學(xué)功能驗(yàn)證方面，研究發(fā)現(xiàn)8μm的微孔結(jié)構(gòu)最佳地促進(jìn)了MSCs的粘附、鋪展和增殖，同時(shí)顯著增強(qiáng)了FGF-2等關(guān)鍵生長(zhǎng)因子的分泌。更為重要的是，這種多孔結(jié)構(gòu)有效促進(jìn)了宿主成肌細(xì)胞的浸潤(rùn)和分化，在VML小鼠模型中展現(xiàn)出卓越的治療效果，移植7天后MSCs存活率提高3倍，4周后肌肉再生效果達(dá)到缺損組的1.6倍。

該研究通過(guò)材料學(xué)創(chuàng)新與生物學(xué)機(jī)制的有機(jī)結(jié)合，不僅為VML治療提供了新型細(xì)胞遞送平臺(tái)，也為其他組織再生領(lǐng)域的水凝膠設(shè)計(jì)提供了重要參考。

文獻(xiàn)名稱：Cell‐Delivering Injectable Hydrogels with Tunable Microporous Structures Improve Therapeutic Efficacy for Volumetric Muscle Loss

Nature Communications

堅(jiān)固的超結(jié)構(gòu)多孔水凝膠助力動(dòng)態(tài)軟組織的生物適應(yīng)性修復(fù)

在動(dòng)態(tài)軟組織缺損修復(fù)中，往往需要將高強(qiáng)度、高韌性、生物相容性、抗疲勞性以及生物適應(yīng)性等多種相互矛盾的特性集成到一種材料中，這使得軟組織修復(fù)面臨巨大挑戰(zhàn)。

2025年4月3日，期刊Nature Communications報(bào)道研究人員開(kāi)發(fā)了一種受膈肌啟發(fā)的超強(qiáng)結(jié)構(gòu)多孔水凝膠。通過(guò)定向冷凍和逐步溶劑交換制備，多孔水凝膠具有各向異性骨架和不對(duì)稱多孔表面，展現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能和生物相容性，可用于動(dòng)態(tài)軟組織的生物適應(yīng)性修復(fù)。

該水凝膠通過(guò)氨基酸增韌策略（如絲氨酸、賴氨酸等）引入霍夫邁斯特效應(yīng)（Hofmeister），顯著提升結(jié)晶密度與交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度22.2MPa與彈性模量32.4MPa的協(xié)同優(yōu)化，為組織提供強(qiáng)大機(jī)械支撐。

同時(shí)保持優(yōu)異韌性（61.9MJ m-3）和高疲勞閾值（5.6kJ m-2），適應(yīng)動(dòng)態(tài)軟組織缺損早期愈合階段的持續(xù)生理拉伸。其獨(dú)特的各向異性骨架與不對(duì)稱多孔表面（頂部松散多孔促進(jìn)細(xì)胞黏附，底部致密多孔防止粘連）突破了傳統(tǒng)水凝膠力學(xué)性能與生物功能難以兼容的瓶頸。

隨著愈合過(guò)程的推進(jìn)，水凝膠的機(jī)械性能逐漸降低，以減少對(duì)生理運(yùn)動(dòng)的限制。此外，雌性兔子膈肌缺損修復(fù)模型驗(yàn)證了不對(duì)稱多孔表面在防止臟器粘連及促進(jìn)缺損愈合方面的有效性，展現(xiàn)出良好的生物相容性和修復(fù)能力，為動(dòng)態(tài)軟組織修復(fù)提供了新策略。

文獻(xiàn)名稱：Robust super-structured porous hydrogel enables bioadaptive repair of dynamic soft tissue

Advanced Composites and Hybrid Materials

多孔PEG水凝膠“一步法”實(shí)現(xiàn)MPO特異性適配體的快速高效篩選

髓過(guò)氧化物酶（MPO）作為炎癥反應(yīng)與疾病進(jìn)程的重要生物標(biāo)志物，其高效識(shí)別與檢測(cè)對(duì)于早期疾病預(yù)警與精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)具有重要意義。

2025年5月10日，期刊Advanced Composites and Hybrid Materials報(bào)道研究人員建立了一種基于多孔聚乙二醇（PEG）水凝膠的一步法適配體篩選平臺(tái)，用于高效篩選髓過(guò)氧化物酶（MPO）高親和力適配體，突破了傳統(tǒng)篩選效率低、成本高的篩選方法瓶頸。

該方法通過(guò)調(diào)控PEG水凝膠的孔徑結(jié)構(gòu)，使DNA文庫(kù)與固定化的靶標(biāo)蛋白（MPO）在三維多孔環(huán)境中發(fā)生充分接觸，從而在不依賴傳統(tǒng)SELEX多輪篩選的前提下，快速富集高親和結(jié)合序列。研究表明，篩選得到的適配體M.6對(duì)MPO表現(xiàn)出極高親和力，解離常數(shù)（KD）為18nM，且具備良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。進(jìn)一步結(jié)合流式細(xì)胞術(shù)與微熱泳技術(shù)驗(yàn)證了該適配體的特異性識(shí)別能力。

此外，研究人員驗(yàn)證了基于MPO適配體設(shè)計(jì)的核酸傳感器用于MPO特異性檢測(cè)（以磁分離系統(tǒng)為例）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該生物傳感器表現(xiàn)出良好的線性響應(yīng)范圍和MPO檢測(cè)的高特異性。不僅準(zhǔn)確地量化了復(fù)雜生物樣品中的MPO含量，并且對(duì)MPO表現(xiàn)出與其他常見(jiàn)酶和蛋白質(zhì)相比的強(qiáng)選擇性。

該工作不僅為髓過(guò)氧化物酶適配體的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用提供了高效平臺(tái)，也為靶向MPO的生物傳感器設(shè)計(jì)與早期疾病診斷開(kāi)辟了新路徑，為智能診斷、炎癥監(jiān)測(cè)與臨床轉(zhuǎn)化研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

文獻(xiàn)名稱：One-step screening of myeloperoxidase aptamer using porous PEG hydrogel

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