香港科技大学研发出全新智能水凝胶:在生物医疗领域应用前景看好

导读

香港科技大学化学工程及生物工程学系助理教授孙飞领导的研究团队,研发出全新的全蛋白质感光智能水凝胶,将有助于开拓未来材料生物学和生物医疗方面的应用。

关键字

水凝胶、材料、医疗

背景

水凝胶(Hydrogel),在医学界中也被称为软物料。它是以水为分散介质的凝胶,是一种高分子网络体系,质地柔软,能保持一定的形状,能吸收大量的水分。

或许以上的解释太过专业,通俗一点讲,在日常生活用品中,我们到处都可见水凝胶的身影,例如隐形眼镜、避孕套、一次性尿布、发胶,牙膏和植物水晶体等等。而在医疗应用方面,它可用于药物输送和干细胞治疗,例如:海藻酸钠水凝胶结合芦荟所制得的伤口敷料,可以保持伤口湿润,促使细胞再生。

之前,笔者在《“水凝胶”触摸板诞生:未来应用前景广阔》一文中曾经介绍过韩国首尔国立大学研发的由水凝胶制成的触摸板,同时也介绍了水凝胶在弹性和发光的压敏材料,以及智能伤口敷料方面的应用。由于水凝胶的生物相容性好、超级弹性可拉伸、成本较低,所以未来它有望广泛应用于可穿戴设备、人造假肢、人机交互、虚拟现实、医疗器材、机器人等新兴技术领域。

香港科技大学研发出全新智能水凝胶:在生物医疗领域应用前景看好

(图片来源于:Melanie Gonick/MIT)

可是传统的水凝胶主要是由合成聚合物,或包括动物胶原蛋白的生物提取物等材料制成,容易引起过敏反应,而以上两种材料均难以提供让细胞生长及发育所需的复杂生物环境。

创新

香港科技大学研发出全新智能水凝胶:在生物医疗领域应用前景看好

(图片来源:香港科技大学)

香港科技大学(HKUST)化学工程及生物工程学系助理教授孙飞领导的研究团队,研发出全新的全蛋白质感光智能水凝胶,将有助于开拓未来材料生物学和生物医疗方面的应用。

孙教授团队所发明的新型智能水凝胶,不单可盛载生物细胞及组织:包括干细胞等再生医学的重要组件,其感光特质也可控制细胞或药物分子在人体内释放的时长或方式。

此研究成果发表于2017年6月6日出版的学术期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)。

技术

香港科技大学研发出全新智能水凝胶:在生物医疗领域应用前景看好

(图片来源:香港科技大学)

为创造这种全新的水凝胶,孙教授的团队通过基因编码等手段,在室温下共价拼接感光体末端腺苷钴胺结合域(photoreceptor C-terminal adenosylcobalamin binding domain,CarHC)蛋白,从而创造出经基因改造的蛋白质组装成的分子网络。整个合成过程完全借助细菌培植方法,这一过程类似于发酵

价值

香港科技大学研发出全新智能水凝胶:在生物医疗领域应用前景看好

(图片来源:香港科技大学)

这样制造出来的水凝胶,成份与人体组织相近,能将活细胞送入人体,并减低过敏或人体免疫排斥反应的风险。而作为药物载体,这种感光水凝胶在光照条件下,会迅速地由固态转变为液态,从而使得其携带的药物在人体内以受控的方式释放出来。该团队创造出的这种完全蛋白基水凝胶,代表了一种全新设计思路,它能设计出特性可精确调控的生物活性材料。

孙教授表示:

“智能水凝胶的需求日益增长,将刺激响应型蛋白质直接组装到水凝胶中,为未来材料生物学,甚至医学治疗,都提供了巨大的契机。理论上讲,在再生医学中,水凝胶可成为干细胞的一个有效载体,促进受损器官的修复,这意味着未来器官移植将不再是病患的唯一治疗方案。”

参考资料

【1】https://www.ust.hk/about-hkust/media-relations/press-releases/hkust-develops-new-stimuli-responsive-smart-hydrogels-open-doors-future-material-biology-biomedical-applications-2/

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