近日，《Nature Communications》連發(fā)兩篇有關黑色素瘤的論文： 

·中國科學院長春應用化學研究所的Guohua Qi和金永東團隊的論文題目為“A wearable electrostimulation-augmented ionic-gel photothermal patch doped with MXene for skin tumor treatment”（2024年01月26日發(fā)表）。

 論文截圖（圖源：Nature Communications） 

·西南交通大學的侯建文和周紹兵團隊的論文題目為“In-situ-sprayed therapeutic hydrogel for oxygen-actuated Janus regulation of postsurgical tumor recurrence/metastasis and wound healing”（2024年01月27日發(fā)表）。

 論文截圖（圖源：Nature Communications） 

而兩篇論文都指向了同一種生物材料：離子凝膠。 

一、離子凝膠抗癌的物理療法與藥物療法

離子凝膠是一種具有離子導電性的固態(tài)混合物，通常是由高分子有機聚合物和可電解為離子的鹽類電解質材料混合而成。因其聚合物分子鏈互相連接或纏繞，結構空隙中充滿了作為分散介質的陰陽離子，又與傳統(tǒng)凝膠的結構相似，故稱其為“離子凝膠”。

兩個研究團隊均是將離子凝膠與其他物質進行組合，用于治療黑色素瘤，但治療手段略有不同。 

中國科學院長春應用化學研究所的Guohua Qi和金永東團隊研究更偏向于物理療法。該團隊開發(fā)了一種，由透明離子凝膠和摻雜MXene組成的可安裝在皮膚上的電刺激增強型光熱貼片（eT-patch），用于0.5W/cm2光刺激下的黑色素瘤治療。 

貼片中摻雜了MXene的離子凝膠具有很高的光熱轉換效率和作為介質的導電性，因此，所設計的eT補丁具有優(yōu)異的光熱和導電特性。在光熱電刺激治療下，eT-patch 能協(xié)同觸發(fā)癌細胞凋亡和熱休克，共同導致黑色素瘤細胞死亡。 

同時，基于離子凝膠的eT貼片具有極佳的光學透明度，可在光熱和電刺激聯合療法下實時觀察皮膚反應和黑色素瘤治療過程。

 基于離子凝膠的皮下腫瘤治療電子貼片（圖源：Nature Communications） 

而西南交通大學的侯建文和周紹兵團隊研究則是藥物療法方案。該團隊開發(fā)了一種包裹腫瘤靶向納米藥物和光合藍藻的可噴涂治療水凝膠。 

納米藥物可通過光動力療法，誘導腫瘤細胞內級聯反應，破壞細胞氧化還原平衡。這不僅能增強氧化應激觸發(fā)的細胞死亡，防止殘余腫瘤細胞的局部復發(fā)，還能阻斷缺氧誘導因子1α的信號通路，抑制腫瘤細胞的遠處轉移，同時作為敷料還可加速創(chuàng)面愈合。 

 可噴涂HIL@Z/P/H 在癌癥術后治療中有效防止腫瘤復發(fā)/轉移并同時促進傷口愈合的示意圖（圖源：Nature Communications） 

總的來說，在兩項研究中作為載體的離子凝膠，均展現出了生物安全性高、穩(wěn)定性好、副作用少和調控靈活等特點，體現出了其生物醫(yī)療應用的多樣性。

二、離子凝膠研究的多樣性

近年來，作為新型生物材料，離子凝膠的應用研究頗為廣泛，除黑色素瘤治療以外，其在穿戴應變傳感器、傷口愈合和生化檢測等領域也尤為活躍。 

離子凝膠結合了離子液體的高離子導電性以及電化學穩(wěn)定性，不僅傳感能力出色，同時具備一定的耐用性。基于此，這一材料成為了穿戴應變傳感器導體的熱門選項。 

2022年，中南大學湘雅醫(yī)院李宇晟骨科副主任醫(yī)師、中國科學院北京納米能源與納米系統(tǒng)研究所李舟研究員團隊合成了一種具有大變形容限和快速自愈能力的離子水凝膠，相關論文以題為“Stretchable, Self-Healing, and Skin-Mounted Active Sensor for Multipoint Muscle Function Assessment”發(fā)表在《ACS Nano》上。

這種離子凝膠基于靜電感應和靜電耦合原理，不僅可拉伸、自愈，還能直接安裝于皮膚（Triple S）。試驗證明，該材料傳感特性出色，且信噪比高，可長期穩(wěn)定使用。

該團隊合成的離子凝膠將被用于有源傳感器（TSAS）研究，未來可實現肌肉功能實時評估和康復訓練。 

另外，香港城市大學姚希和Sai Kishore Ravi教授團隊，在2023年也報告了一種微相分離雙孔離子凝膠。該研究成果具有類皮膚機械性能，并通過離子驅動的刺激電能轉換模擬了生物皮膚的多模態(tài)傳感能力。其易制造性、廣泛的可調性、自供電多模態(tài)傳感以及出色的環(huán)境耐受性，為下一代軟智能機械傳導設備的開發(fā)提供了新策略。 

離子凝膠在生化檢測方面的應用，主要是作為檢測物載體。其高性能的分子傳感性以及保水性，能夠有效保存唾液、血液等檢測樣本，并提高檢測準確性。 

2022年中國科學院大連化學物理研究所馮亮研究員團隊通過雙交聯制備了一種pH敏感、可拉伸、抗菌且穩(wěn)定的離子凝膠人工舌。這種離子凝膠人工舌不僅有較強的離子電導率以及抗菌能力，同時具備熱穩(wěn)定性和抗凍能力，能進一步保證樣本活性。最為關鍵的是，離子凝膠的保水性能保證有效解決唾液樣本失水的問題。 

試驗證明，利用該離子凝膠進行人工模擬唾液測試中具有良好的測試結果，團隊未來將推動其臨床應用。 

而關于離子凝膠傷口愈合的研究就更為豐富了。2021年東華大學的孫勝童團隊，合成了一款能夠完全自愈合的可伸縮離子皮膚，相關論文以題為“Skin-like mechanoresponsive self-healing ionic elastomer from supramolecular zwitterionic network”發(fā)表在《Nature Communications》上。 

2023年，中國科學院昆明植物研究所吳明一團隊在 Nature Communications 期刊發(fā)表了題為“A natural biological adhesive from snail mucus for wound repair ”的研究論文。該研究從白玉蝸牛粘液中發(fā)現一種天然的多糖基粘合劑，發(fā)現其對濕潤組織具有較強的粘附性能，優(yōu)于臨床使用的纖維蛋白膠。為普通皮膚傷口以及臨床難治愈的糖尿病足潰瘍等皮膚疾病的治療提供了新思路。 

加速創(chuàng)口自愈的特點使得離子凝膠在醫(yī)美以及外科材料中被廣泛應用。3M、諾華、默沙東等知名生物企業(yè)均有布局離子凝膠研究。

三、離子凝膠研究還存在四大挑戰(zhàn)

總結來說，離子凝膠的諸多特性使得其在生物醫(yī)藥領域，乃至功能材料、軟電子等領域都取到了重大突破，但也仍面臨著挑戰(zhàn)。 

2024年1月，蘇州大學嚴鋒教授團隊全面總結了近年來離子凝膠的制備、性能以及應用研究進展，并以“Ionogels: Preparation, Preoperties and Applications”為題發(fā)表在Advance Functional Materials雜志上。 

研究團隊提到，目前離子凝膠的研究發(fā)展還存在四大問題。 

一是離子凝膠內部結構與相互作用十分復雜，其結構表征及構效關系仍然是目前的研究難點；二是離子凝膠在目前研究中其機械性能與導電性往往呈負相關；三是離子液體的生物毒性使得離子凝膠的生物相容性仍存在一定的問題；四是離子凝膠的可降解性能還有待提升。 

目前關于離子凝膠的研究還處于初級階段，要將其運用至實際生活中還需更深入的研究。

文章來源：動脈網

作者：施懿