黎永富教授团队Adv. Healthc. Mater.：能双相化学感应内部信号的生物启发缓释材料，及其所形成的输送跟踪系统

【背景介绍】

多年来，尽管文献中报道了大量的输送跟踪系统，但是缺乏能够在治疗过程中同时监测多个因素的材料。此外，目前大多数现有的输送跟踪系统都依赖于复杂的机器设备（例如，正电子发射断层扫描和单光子发射计算机断层扫描）和繁琐的测量程序。这阻碍了这些系统在常规临床实践中的应用。由于许多这些系统需要使用对比度增强剂或金属纳米晶体才能正常运行，这使情况变得更加复杂。如果任何毒性对比增强剂和纳米晶体随药物一起释放到体内，则这会干扰治疗剂的装载和释放，并增加载药系统的毒性。

生物荧光是与信息传递相关的功能过程，而响应内部生理信号的能力是细胞的独特属性。受细胞中这种独特信号处理特性以及生物荧光在信息传递中可能发挥的作用的启发，在这项研究中黎教授团队近期开发了一种仿生智能缓释材料，即CPS，它可以将内部化学信号的变化传递给外部的发光变化，以传达有关材料实时状态的信息（图1A） ，以用于持续跟踪伤口治疗中局部药物的递送过程。

【成果简介】

近日，香港中文大学（深圳）切哈诺沃精准和再生医学研究院PI黎永富教授的团队报道了一种具有能够针对伤口治疗中双相化学感应内部信号的生物启发药用缓释材料CPS。CPS可以将内部化学信号的变化传递给外部的发光变化，以传达有关材料实时状态的信息，用于持续跟踪伤口治疗中的局部药物递送过程。在跟踪过程中，既不需要复杂的设备，也不需要额外的对比度增强剂。与常规发光聚合物系统（其发射来自π共轭结构）不同，CPS表现出簇集发光（CTE）。在皮肤穿孔组织修复模型的临床前试验中，它成功地加快了伤口闭合的速度，减少了炎性细胞的浸润，并增强了胶原蛋白的沉积。重要的是，类似于可以响应内部信号（例如，内部信号分子的浓度和磷酸化状态）的活细胞，它还可以将内部化学信号（尤其是载药分子数量和氧化状态的变化）的变化转换成其固有发光的变化，从而实现双相化学传感，以防止在伤口治疗中由盐酸米诺环素引起的皮肤色素沉着的发生。此外，CPS还易于制备，且具有生物相容性好、载药效率高、释放可持续性好等优点，在未来的伤口治疗中具有发展成为智能化固态设备的潜力。研究成果以题为“A Bioinspired, Sustained-Release Material in Response to Internal Signals for Biphasic Chemical Sensing in Wound Therapy”发表在国际著名期刊 ADV. HEALTHC. MATER.上。

【图文解读】

图1. CPS的结构表征和药物传递性能

（A）根据生物荧光在信息传递中发挥的功能作用以及细胞对内部生理信号作出反应的能力来描绘CPS设计的示意图。

（B）不同浓度的PS溶液的PL光谱。

（C）PS溶液在不同浓度下的PL衰减曲线。

（D）描述了用MH负载CPS进行伤口治疗的示意图。

（E）用CCS和CPS处理后的3T3，HDF和HaCaT细胞的活力a）在没有或b）在处理后24小时培养。

（F）PEI，CS，PS，SC，CCS和CPS介导的溶血程度。

（G）CCS和CPS的血液吸收能力。纱布用作对照。

（H）CCS，CPS，CCS-L，CPS-L，CCS-H和CPS-H的包封效率EE和负载效率LE。

（I）CCS，CPS，CCS-L，CPS-L，CCS-H和CPS-H在室温（RT）和体温（BT）释放MH的曲线。

（J）由a，d）MH浸透的滤纸，b，e）CCS / M和c，f）CPS / M对a–c）金黄色葡萄球菌和d–f）大肠杆菌诱导的抑制区图像。比例尺= 20mm。

（K）对于a）金黄色葡萄球菌和b）大肠杆菌，由MH浸泡的滤纸，CCS / M和CPS / M诱导的抑制区域面积百分比。数据表示为平均值±SD（n = 3）。用t检验来确定CCS和CPS的值之间的显著性差异。未观察到统计学上的显著差异。

图2. CPS在负载MH感测中的应用

（A）不同MH浓度的CPS / M的a–f）荧光图像和g–l）光学图像：a，g）0 µg µL^-1，b，h）0.8 µg µL^-1，c，i）1.6 µg µL^-1，d，j）2.4 µg µL^-1，e，k）3.2 µg µL^-1，f，l）4 µg µL^-1。

（B）具有不同MH浓度（µg µL^-1）的PS溶液的光学和荧光图像。

（C）MH的吸收光谱和CPS的PL光谱。

（D）MH和氧化的MH（OM）对PS淬灭的Stern-Volmer图。

（E）具有不同浓度（µg mL^-1）的氧化MH的CPS的PL光谱。

（F）不同PS/SC和PS/SC-OM质量-质量比：a，e，i，m）1:0，b，F，j，n）1:4，c，g，k，o）1:6，d，h，l，p）1:8的a–d，i–l）荧光和e–h，m–p）光学图像。比例尺= 1cm。

（G）SC和SC与氧化的MH之间形成的络合物（SC-OM）对PS的Stern-Volmer图。

（H）SC和SC与氧化的MH之间形成的络合物（SC-OM）的紫外可见吸收光谱。

图3. 负载MH的CPS在伤口治疗中的效率

（A）在第0天，第3天，第6天和第9天伤口的照片。比例尺＝5mm。

（B）药物释放过程中不同时间间隔拍摄的a）CPS和B）CPS/M的光学和荧光图像。

（C）药物释放过程第0天、第2天和第4天CPS/M在双相跟踪初期的PL光谱

（D）药物释放过程第4天、第5天、第7天和第9天CPS/M在双相跟踪第二阶段的PL光谱。

（E）第9天用H&E和Masson三色染色的新肉芽组织切片的代表性图像。所选区域的放大图像放在原始图形的右侧。黑色箭头表示新形成的血管。比例尺=100µm。

【小结】

生物荧光是生物信息传递的一个功能过程，而对内部生理信号的反应能力是活细胞的一个特性。作者首次整合了这两个过程来生成仿生智能缓释材料CPS。在这项研究的临床前试验中，CPS有效促进了药物增强伤口闭合的作用，并且还成功地将内部信号的变化（特别是载药量和氧化状态）传递到外部表型（发光强度的变化），以便在伤口治疗过程中实现双相化学传感。由于其良好的生物相容性、高的药物释放可持续性和易于制备，CPS作为一种智能化和人性化的治疗系统，在临床应用中值得进一步发展。

文献链接：A Bioinspired, Sustained-Release Material in Response to Internal Signals for Biphasic Chemical Sensing in Wound Therapy（ADV. HEALTHC. MATER., 2020, DOI: 10.1002/adhm.202001267）

【通信作者简介】

黎永富教授现任香港中文大学（深圳）切哈诺沃精准和再生医学研究院PI，他也为该大学生命与健康科学学院的博导﹑助理教授﹑校长青年学者。在加入学院前，黎教授在韩国首尔延世大学和香港大学从事博士后工作，亦曾在深圳大学药学院担任助理教授及香港理工大学应用生物及化学科技学系兼任助理教授。他于2014 年曾获英国皇家生物学会认定为特许生物学家；2018 年，黎教授获深圳市“海外高层次人才”（B类）认定，同年亦获英国皇家化学会认定为特许化学家；2019 年获深圳市南山区 “领航人才” (B类) 称号。黎教授主要通过工程技术与传统材料化学的融合，研发能用于生物医学及药剂应用上的高分子材料。迄今他在Advanced Functional Materials, Chemistry of Materials, Nanoscale, ACS Applied Materials and Interfaces, Biomaterials, 和 Journal of Controlled Release 等SCI期刊发表了多篇论文，并获得了韩国和美国的专利。黎教授亦出版了多部学术专著，并为多本期刊审稿与担任编辑工作。

本文由 Eric Wong 供稿。