青岛大学附属医院西永明教授团队&青岛大学魏刚教授团队CEJ：光刺激双⽹络⽔凝胶⽤于癌症光热治疗

研究背景

传统的癌症治疗手段，如放疗和化疗，因其创伤性大、副作用多等局限性，亟待突破性改进。近年来，光热治疗（Photothermal Therapy, PTT）凭借其非侵入性、高效性和选择性，已成为癌症治疗领域备受关注的新兴技术。然而，开发兼具高效光热转换能力和优异生物相容性的治疗平台仍是当前面临的主要挑战。针对这一问题，青岛大学魏刚教授与青岛大学附属医院西永明教授团队基于肽类物质的独特优势，成功开发了新型光响应性肽基生物材料。肽类物质因其高设计灵活性、优异的生物相容性及可降解性，在生物材料领域展现出巨大潜力。基于肽的刺激响应型生物材料更赋予了其在药物递送和生物活性调控方面的独特功能。研究团队创新性地设计了一种基于甲基丙烯酰化肽纳米纤维（PNFMA）的光刺激水凝胶，不仅具备结构可编程性和生物安全性，还可作为高效光热剂的理想载体，为精准医学提供了新型智能递送平台。该水凝胶在生物医学应用领域展现出广阔前景，尤其是在肿瘤光热治疗和可控药物释放等方面具有显著优势。相关研究成果发表在《Chemical Engineering Journal》。

创新点

• 双⽹络⽔凝胶设计：通过“智能分⼦组装-光控成型”策略，成功构建了光响应双⽹络⽔凝胶 （GelMA/PNFMA-Ag₂S）。
• 银硫化物的仿⽣合成：创新设计的甲基丙烯酰化肽纳⽶纤维（PNFMA）作为模板，实现 了银硫化物纳⽶颗粒（Ag₂S NPs）的仿⽣与精准合成。
• 快速光控凝胶化：在365 nm紫外光照射下，2分钟内实现溶液到凝胶的快速转化。
• ⾼效光热治疗：⽔凝胶在体外和体内均表现出优异的光热稳定性，光热转换效率⾼达 56.6%，对肿瘤细胞的⾼效杀伤作⽤显著。

技术亮点

• 快速凝胶化：2分钟完成凝胶化，远超传统材料。
• 高生物相容性：PNFMA和Ag₂S NPs的结合显著提高了材料的生物相容性。
• 光热性能优异：水凝胶在近红外光照射下迅速升温，有效杀伤肿瘤细胞。
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图文简介

图1. 光刺激GelMA/PNFMA-Ag₂S水凝胶用于调控癌细胞光热治疗（PTT）的机制示意图

图2. 肽自组装形成PNFMA的表征

图3. Ag₂S NPs 的合成与表征

图4. PNFMA-Ag₂S混合物的合成与表征

图5. GelMA/PNFMA-Ag₂S水凝胶的制备与表征

图6. GelMA/PNFMA-Ag2S水凝胶的光热性能表征

图7. GelMA/PNFMA-Ag2S水凝胶的生物相容性及体外抗肿瘤

图8. GelMA/PNFMA-Ag2S水凝胶的体内PTT抗肿瘤作用

图9. GelMA/PNFMA-Ag2S水凝胶的效能分析

未来应用

该光刺激双网络水凝胶不仅在肿瘤光热治疗中展现出巨大潜力，还可应用于刺激响应药物释放、伤口敷料等生物医学领域。

课题组简介

通讯作者：西永明

 职务：青岛大学附属医院骨科医院副院长、山东省创伤骨科研究所副所长、青岛大学空间

应用与技术研究院院长、青岛大学医学大数据中心主任；

荣誉：山东省“泰山学者特聘专家”、青岛市专业技术拔尖人才；

研究方向：智能辅助诊疗系统、骨科生物材料研发、骨代谢基础研究；

成果：核心期刊发表论文70余篇，授权国内外专利16项，参编著作5部，主持国家重大课题空间生命项目、国家自然科学基金和省部级课题，获山东省科技进步奖2项、山东省医学科技成果一等奖1项。

通讯作者：魏刚

荣誉：洪堡学者、国家级人才工程入选者、山东省泰山学者青年专家、全球前2%顶尖科学家（材料科学领域） 、2023全球顶尖前10万科学家；

研究方向：纳米生物材料、肽基功能材料、智能生物医学应用；

成果：在Chem. Soc. Rev., Prog. Polym. Sci., Adv. Funct. Mater.等期刊发表论文240余篇，H因子70，引用13000+，出版英文专著3部， 《Journal of Nanobiotechnology》副主编，担任多个SCI期刊编委及评审专家。原文信息：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.04.028