哈佛医学院《AFM综述》生物医学新时代先进生物响应多任务水凝胶

【摘要】

先进形式的水凝胶具有许多固有的理想特性，可以设计成具有不同的结构和功能。特别是，生物响应多功能水凝胶可以执行复杂的生物学功能。这些包括原位单细胞方法、活细胞的捕获、分析和释放、细胞、组织和肿瘤特异性生态位的仿生学。它们可以进行体内细胞操作并充当新的药物递送系统，从而实现诊断、治疗、疫苗接种和免疫治疗方法。

最近，约翰内斯堡大学Michael R. Hamblin教授，大不里士医科大学Rana Jahanban-Esfahlan教授，哈佛医学院Zohreh Amoozgar教授团队在题为Advanced Bioresponsive Multitasking Hydrogels in the New Era of Biomedicine的水凝胶《Advanced Functional Materials》综述中，总结了新方法和设备，分为即时检测 (POCT)、微阵列、单细胞/稀有细胞方法、人造膜、仿生建模系统、纳米医生和微针贴片。批判性地讨论了每种格式的潜力和应用，并强调了一些局限性。最后，人们期待水凝胶如何使“一体化平台”在癌症治疗、再生医学以及炎症、退行性、遗传和代谢疾病的治疗中发挥关键作用。

【主图导读】

图1多任务 POCT 水凝胶格式。

图2多任务水凝胶微阵列

图3 用于单分子检测和测序的水凝胶填充纳米孔。

图4 多任务水凝胶平台允许单细胞捕获和测序。

图5 用于稀有细胞捕获和释放的多任务生物响应水凝胶形式。

图6 基于多任务生物响应水凝胶的细胞仿生学，用于加载、生产和递送 RNAi 到靶细胞。

图7 能够产生蛋白质、固定化和交流的水凝胶衍生人工细胞。

图8 水凝胶衍生的多响应人工细胞能够变形和机器人操作，用于磁性运动、货物装载和运输。

图9 用于软组织再生的多任务水凝胶。

图10 用于细胞培养的水凝胶衍生仿生模型系统和用于骨再生的 3D 动态多孔矿化基质。

图11 用于疫苗接种和按需药物释放的纳米医生。

图12 用于治疗和监测不同疾病的多任务水凝胶微针 (MN) 贴片。

【小结】

近年来，可以认为生物医学进入了一个新时代，其特点是开发了新方法，例如单细胞“组学”、原位和体内细胞操作以及按需和命令 控制药物释放。已经探索了这些方法，不仅是为了揭示疾病的潜在分子机制，而且是为了发现新的靶点/标志物，以及新的疗法和免疫疗法。这些新方法还可以提高临床转化的可能性，是迈向个性化和精准医疗的一步。

水凝胶的高效性和多功能性，以及它们在生物医学界的日益普及，已经导致对其多任务处理潜力的许多研究。这些新方法包括单细胞分析和基因分型，以及纳米医生和微针等新设备。

多任务水凝胶可以同时克服生物医学中的几个问题，例如，在 POCT 的情况下，它们可以提供快速及时的诊断，与传统诊断相比具有更高的灵敏度和特异性。即使对于某些采样存在问题的疾病，多任务 POCT 也可以通过非常小的样本量（低至微升）实现快速诊断。另一个优势是可以进行自我健康监测和治疗，这在许多情况下减少了住院的需要，并且可以轻松监测康复过程。

参考文献：

doi.org/10.1002/adfm.202104123

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