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近日，燕山大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院焦體峰教授課題組與中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所閆學(xué)海研究員課題組合作在材料科學(xué)頂級(jí)期刊《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)發(fā)表了關(guān)于納米金顆粒-膠原蛋白復(fù)合水凝膠的重要成果。(An Injectable Self-Assembling Collagen-GoldHybrid Hydrogel for Combinatorial Antitumor Photothermal/Photodynamic Therapy.Advanced Materials, 2016, 28(19), 3669-3676.)

膠原蛋白-納米金水凝膠照片及微納米形貌

水凝膠注射給藥腫瘤治療效果

（環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 供圖）

目前，生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的理想水凝膠應(yīng)在一定的壓力下表現(xiàn)出良好的滯留粘性（即剪切變稀性），以及在注射后迅速恢復(fù)原始凝膠態(tài)（即自愈性）。廣泛的策略為利用戊二醛、己二異氰酸酯、疊氮磷酸二苯酯等交聯(lián)劑與膠原蛋白進(jìn)行交聯(lián)，從而增加自組裝形成的膠原蛋白水凝膠的機(jī)械性能。但是，交聯(lián)劑的引入將會(huì)導(dǎo)致交聯(lián)的不可逆轉(zhuǎn)（影響剪切變稀性能），不可避免的引入有毒物質(zhì)，從而限制其作為可注射材料在組織工程及藥物遞送方面的應(yīng)用。為解決上述問(wèn)題，在這篇題為“AnInjectable Self-Assembling Collagen-Gold Hybrid Hydrogel for CombinatorialAntitumor Photothermal/Photodynamic Therapy”的研究論文中，基于生物分子自組裝成功構(gòu)建了可原位礦化形成納米金顆粒的具有可注射、可自愈性能的膠原蛋白水凝膠。組裝過(guò)程主要與帶正電荷的膠原蛋白分子鏈與帶負(fù)電荷的無(wú)機(jī)陰離子團(tuán)簇靜電相互作用相關(guān)。原位礦化形成的金納米顆粒被證實(shí)了具有調(diào)控膠原蛋白水凝膠機(jī)械性能的作用，納米金顆粒與膠原凝膠體系之間弱的作用力賦予了水凝膠剪切變稀及自愈性能（圖1）。這種基于膠原蛋白形成水凝膠的策略可適用于構(gòu)建各種功能性的水凝膠，諸如殼聚糖、蠶絲蛋白、彈性蛋白和明膠等生物高分子均能夠與離子團(tuán)簇通過(guò)靜電相互作用自組裝形成水凝膠。這種生物相容性良好的膠原蛋白水凝膠可作為一種新穎的工具用于藥物保留及藥物持續(xù)釋放。它具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如降低藥物使用量、降低藥物毒性、提高生物利用度等。給予一定的剪切作用力，水凝膠流動(dòng)可注射，原位注射在腫瘤病灶部位后，依靠水凝膠的自愈特性，可將藥物原位保留在腫瘤部位并可達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間的緩慢釋放，他們證實(shí)，在利用此凝膠材料進(jìn)行腫瘤治療過(guò)程中，120 h后，藥物仍然能夠在腫瘤部位富集（圖2）。通過(guò)自組裝方法開(kāi)發(fā)的可注射、可自愈型膠原蛋白水凝膠為藥物輸送和組織工程等生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，提供了新的替代運(yùn)載工具，具有良好的發(fā)展機(jī)遇和廣泛的前景。

《AdvancedMaterials》是材料科學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)雜志之一，收錄材料研究領(lǐng)域最前沿的高端論文，其收錄文章引用率一直高居材料科學(xué)領(lǐng)域前列，SCI影響因子17.493。該論文的第一作者是燕山大學(xué)博士研究生邢蕊蕊，焦體峰教授、閆學(xué)海研究員、鄒千里副研究員為共同通訊作者。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、河北省自然科學(xué)基金、河北省首批青年拔尖人才支持計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。