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多孔水凝膠是一種具有三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)和豐富孔隙的高分子材料，具有優(yōu)異的吸水性、可控滲透性和良好的機械柔韌性。其多孔結(jié)構(gòu)不僅能有效提高水凝膠的比表面積，還能促進物質(zhì)傳輸和細胞滲透，適用于藥物釋放、組織工程支架和生物傳感器等領(lǐng)域。

本期小豐整理了3篇多孔水凝膠的最新研究進展，一起看下吧~

Advanced Functional Materials

可調(diào)微孔結(jié)構(gòu)的可注射水凝膠用于體積肌肉損失治療

體積性肌肉（VML）損失是一種由創(chuàng)傷或手術(shù)損傷引起的骨骼肌損傷，會導(dǎo)致不可恢復(fù)的功能喪失，造成慢性缺陷和長期殘疾。目前的標準治療方法涉及肌肉瓣轉(zhuǎn)移和其他手術(shù)干預(yù)，但這些方法具有高度侵入性且效果不理想。

2025年6月25日，期刊Advanced Functional Materials報道研究人員通過創(chuàng)新性地開發(fā)具有可調(diào)微孔結(jié)構(gòu)的可注射水凝膠系統(tǒng)，為解決體積性肌肉損失治療中的關(guān)鍵難題提供了突破性方案。

研究人員首先從分子設(shè)計入手，通過將氫鍵功能基團（UPy）引入明膠分子，在與化學(xué)交聯(lián)明膠混合時誘導(dǎo)液-液相分離，成功構(gòu)建了孔徑8-22μm可調(diào)的微孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種獨特的設(shè)計既保留了水凝膠的可注射特性，又實現(xiàn)了相互連通的微孔結(jié)構(gòu)，完美解決了傳統(tǒng)材料中注射性與多孔性難以兼顧的矛盾。

在生物學(xué)功能驗證方面，研究發(fā)現(xiàn)8μm的微孔結(jié)構(gòu)最佳地促進了MSCs的粘附、鋪展和增殖，同時顯著增強了FGF-2等關(guān)鍵生長因子的分泌。更為重要的是，這種多孔結(jié)構(gòu)有效促進了宿主成肌細胞的浸潤和分化，在VML小鼠模型中展現(xiàn)出卓越的治療效果，移植7天后MSCs存活率提高3倍，4周后肌肉再生效果達到缺損組的1.6倍。

該研究通過材料學(xué)創(chuàng)新與生物學(xué)機制的有機結(jié)合，不僅為VML治療提供了新型細胞遞送平臺，也為其他組織再生領(lǐng)域的水凝膠設(shè)計提供了重要參考。

文獻名稱：Cell‐Delivering Injectable Hydrogels with Tunable Microporous Structures Improve Therapeutic Efficacy for Volumetric Muscle Loss

Nature Communications

堅固的超結(jié)構(gòu)多孔水凝膠助力動態(tài)軟組織的生物適應(yīng)性修復(fù)

在動態(tài)軟組織缺損修復(fù)中，往往需要將高強度、高韌性、生物相容性、抗疲勞性以及生物適應(yīng)性等多種相互矛盾的特性集成到一種材料中，這使得軟組織修復(fù)面臨巨大挑戰(zhàn)。

2025年4月3日，期刊Nature Communications報道研究人員開發(fā)了一種受膈肌啟發(fā)的超強結(jié)構(gòu)多孔水凝膠。通過定向冷凍和逐步溶劑交換制備，多孔水凝膠具有各向異性骨架和不對稱多孔表面，展現(xiàn)出優(yōu)異的機械性能和生物相容性，可用于動態(tài)軟組織的生物適應(yīng)性修復(fù)。

該水凝膠通過氨基酸增韌策略（如絲氨酸、賴氨酸等）引入霍夫邁斯特效應(yīng)（Hofmeister），顯著提升結(jié)晶密度與交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)強度，實現(xiàn)抗拉強度22.2MPa與彈性模量32.4MPa的協(xié)同優(yōu)化，為組織提供強大機械支撐。

同時保持優(yōu)異韌性（61.9MJ m-3）和高疲勞閾值（5.6kJ m-2），適應(yīng)動態(tài)軟組織缺損早期愈合階段的持續(xù)生理拉伸。其獨特的各向異性骨架與不對稱多孔表面（頂部松散多孔促進細胞黏附，底部致密多孔防止粘連）突破了傳統(tǒng)水凝膠力學(xué)性能與生物功能難以兼容的瓶頸。

隨著愈合過程的推進，水凝膠的機械性能逐漸降低，以減少對生理運動的限制。此外，雌性兔子膈肌缺損修復(fù)模型驗證了不對稱多孔表面在防止臟器粘連及促進缺損愈合方面的有效性，展現(xiàn)出良好的生物相容性和修復(fù)能力，為動態(tài)軟組織修復(fù)提供了新策略。

文獻名稱：Robust super-structured porous hydrogel enables bioadaptive repair of dynamic soft tissue

Advanced Composites and Hybrid Materials

多孔PEG水凝膠“一步法”實現(xiàn)MPO特異性適配體的快速高效篩選

髓過氧化物酶（MPO）作為炎癥反應(yīng)與疾病進程的重要生物標志物，其高效識別與檢測對于早期疾病預(yù)警與精準醫(yī)學(xué)具有重要意義。

2025年5月10日，期刊Advanced Composites and Hybrid Materials報道研究人員建立了一種基于多孔聚乙二醇（PEG）水凝膠的一步法適配體篩選平臺，用于高效篩選髓過氧化物酶（MPO）高親和力適配體，突破了傳統(tǒng)篩選效率低、成本高的篩選方法瓶頸。

該方法通過調(diào)控PEG水凝膠的孔徑結(jié)構(gòu)，使DNA文庫與固定化的靶標蛋白（MPO）在三維多孔環(huán)境中發(fā)生充分接觸，從而在不依賴傳統(tǒng)SELEX多輪篩選的前提下，快速富集高親和結(jié)合序列。研究表明，篩選得到的適配體M.6對MPO表現(xiàn)出極高親和力，解離常數(shù)（KD）為18nM，且具備良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。進一步結(jié)合流式細胞術(shù)與微熱泳技術(shù)驗證了該適配體的特異性識別能力。

此外，研究人員驗證了基于MPO適配體設(shè)計的核酸傳感器用于MPO特異性檢測（以磁分離系統(tǒng)為例）。實驗結(jié)果表明，該生物傳感器表現(xiàn)出良好的線性響應(yīng)范圍和MPO檢測的高特異性。不僅準確地量化了復(fù)雜生物樣品中的MPO含量，并且對MPO表現(xiàn)出與其他常見酶和蛋白質(zhì)相比的強選擇性。

該工作不僅為髓過氧化物酶適配體的開發(fā)與應(yīng)用提供了高效平臺，也為靶向MPO的生物傳感器設(shè)計與早期疾病診斷開辟了新路徑，為智能診斷、炎癥監(jiān)測與臨床轉(zhuǎn)化研究提供了強有力的技術(shù)支持。

文獻名稱：One-step screening of myeloperoxidase aptamer using porous PEG hydrogel

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