如今，水凝膠材料的發(fā)展十分迅速。人們可以根據(jù)需求設(shè)計具有各種結(jié)構(gòu)和功能的水凝膠材料。在這其中，生物響應(yīng)多功能水凝膠就可以執(zhí)行各種精巧的生物學(xué)功能，包括活細(xì)胞的捕捉、分析、釋放；組織的仿生以及腫瘤特異性的小生境的構(gòu)建。不僅如此，這類水凝膠在體內(nèi)還能實現(xiàn)對細(xì)胞的操縱、發(fā)揮藥物遞送作用，從而有助于實現(xiàn)診斷、治療、疫苗接種以及免疫等功能。

近期，伊朗大不里士醫(yī)科大學(xué)的Rana Jahanban-Esfahlan、南非約翰內(nèi)斯堡大學(xué)的Michael R. Hamblin和哈佛醫(yī)學(xué)院的Zohreh Amoozgar等人聯(lián)合撰寫了有關(guān)于多任務(wù)處理（multitasking）水凝膠的綜述。作者概述了基于多任務(wù)處理水凝膠的策略和器件，包括即時檢測、微陣列、單細(xì)胞方法、人造膜、仿生建模系統(tǒng)以及微針貼片等等。此外，作者還闡釋了水凝膠作為“一體式平臺”在癌癥治療、再生醫(yī)學(xué)、代謝疾病等領(lǐng)域所能扮演的關(guān)鍵角色。相關(guān)綜述以“Advanced Bioresponsive Multitasking Hydrogels in the New Era of Biomedicine”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials。

【文章要點】

一、即時檢測

即時檢測（POCT）可在病人床旁進(jìn)行采樣、檢測、量化和自報告。水凝膠基貼片已被應(yīng)用于汗水的采樣，并實現(xiàn)生物標(biāo)記物的原位檢測以及自我健康的實時監(jiān)測。

圖1 多任務(wù)處理POCT水凝膠

二、微陣列（高通量分析）

可用于基因表達(dá)變化定量分析的傳統(tǒng)DNA微陣列目前已經(jīng)發(fā)展成為可高通量分析的微陣列。通過將微流控芯片陣列集成到水凝膠中可產(chǎn)生一體式平臺，不僅可以高通量分析DNA變化，還適用于蛋白質(zhì)、多肽等其他生物分子。

圖2 多任務(wù)處理水凝膠微陣列

三、單細(xì)胞捕捉和序列化

用于改善精確醫(yī)學(xué)的單細(xì)胞分析也是多任務(wù)處理水凝膠的一個重要應(yīng)用。例如基于填充水凝膠的納米孔可以特定的速度對小DNA片段進(jìn)行序列化，并進(jìn)一步實現(xiàn)單細(xì)胞序列化，成為可以繪制細(xì)胞異質(zhì)性的強大工具。

圖3 多任務(wù)處理水凝膠可實現(xiàn)單細(xì)胞捕捉和序列化

四、罕見細(xì)胞的分離和釋放

在復(fù)雜介質(zhì)中分離循環(huán)腫瘤細(xì)胞等罕見細(xì)胞具有重要的意義。而利用多任務(wù)處理水凝膠或者水凝膠-微流控技術(shù)可以對罕見細(xì)胞進(jìn)行捕捉和釋放，以便用于進(jìn)一步的分析。

圖4 多任務(wù)處理生物響應(yīng)水凝膠填用于罕見細(xì)胞的捕捉和釋放

五、人造細(xì)胞及細(xì)胞膜

多任務(wù)處理水凝膠還能作為人造細(xì)胞模擬物，可無細(xì)胞地產(chǎn)生基因或者蛋白質(zhì)。研究可利用適配子或者基因作為凝膠支架部分構(gòu)建人造細(xì)胞，可以提供代謝工程、藥物遞送和生物檢測器等功能。

圖5 多任務(wù)處理生物響應(yīng)水凝膠基細(xì)胞模擬物

六、塑造小生境

多任務(wù)處理納米水凝膠作為一種支架材料可進(jìn)一步構(gòu)建微腫瘤小生境（niche）或者人造組織。這類水凝膠主要有兩類應(yīng)用，分別是人造微組織環(huán)境或者小生境和仿生細(xì)胞外基質(zhì)，都可以作為模型系統(tǒng)用于三維培養(yǎng)、組織工程等。

圖6 多任務(wù)處理水凝膠用于軟組織再生

七、“納米醫(yī)生”

多任務(wù)處理水凝膠在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可以作為“納米醫(yī)生”進(jìn)行使用，具有檢測和提供相應(yīng)響應(yīng)性質(zhì)的能力。例如多巴胺連接的透明質(zhì)酸水凝膠可作為植入材料，在體內(nèi)可被腫瘤的酸性微環(huán)境刺激而持續(xù)釋放化療藥物。

圖7 “納米醫(yī)生”用于藥物按需釋放