Nature子刊连发2篇！离子凝胶发力肿瘤治疗

近日，《Nature Communications》连发两篇有关黑色素瘤的论文：

·中国科学院长春应用化学研究所的Guohua Qi和金永东团队的论文题目为“A wearable electrostimulation-augmented ionic-gel photothermal patch doped with MXene for skin tumor treatment”（2024年01月26日发表）。

 论文截图（图源：Nature Communications）

·西南交通大学的侯建文和周绍兵团队的论文题目为“In-situ-sprayed therapeutic hydrogel for oxygen-actuated Janus regulation of postsurgical tumor recurrence/metastasis and wound healing”（2024年01月27日发表）。

 论文截图（图源：Nature Communications）

而两篇论文都指向了同一种生物材料：离子凝胶。

离子凝胶是一种具有离子导电性的固态混合物，通常是由高分子有机聚合物和可电解为离子的盐类电解质材料混合而成。因其聚合物分子链互相连接或缠绕，结构空隙中充满了作为分散介质的阴阳离子，又与传统凝胶的结构相似，故称其为“离子凝胶”。

两个研究团队均是将离子凝胶与其他物质进行组合，用于治疗黑色素瘤，但治疗手段略有不同。

中国科学院长春应用化学研究所的Guohua Qi和金永东团队研究更偏向于物理疗法。该团队开发了一种，由透明离子凝胶和掺杂MXene组成的可安装在皮肤上的电刺激增强型光热贴片（eT-patch），用于0.5W/cm²光刺激下的黑色素瘤治疗。

贴片中掺杂了MXene的离子凝胶具有很高的光热转换效率和作为介质的导电性，因此，所设计的eT补丁具有优异的光热和导电特性。在光热电刺激治疗下，eT-patch 能协同触发癌细胞凋亡和热休克，共同导致黑色素瘤细胞死亡。

同时，基于离子凝胶的eT贴片具有极佳的光学透明度，可在光热和电刺激联合疗法下实时观察皮肤反应和黑色素瘤治疗过程。

 基于离子凝胶的皮下肿瘤治疗电子贴片（图源：Nature Communications）

而西南交通大学的侯建文和周绍兵团队研究则是药物疗法方案。该团队开发了一种包裹肿瘤靶向纳米药物和光合蓝藻的可喷涂治疗水凝胶。

纳米药物可通过光动力疗法，诱导肿瘤细胞内级联反应，破坏细胞氧化还原平衡。这不仅能增强氧化应激触发的细胞死亡，防止残余肿瘤细胞的局部复发，还能阻断缺氧诱导因子1α的信号通路，抑制肿瘤细胞的远处转移，同时作为敷料还可加速创面愈合。

 可喷涂HIL@Z/P/H 在癌症术后治疗中有效防止肿瘤复发/转移并同时促进伤口愈合的示意图（图源：Nature Communications）

总的来说，在两项研究中作为载体的离子凝胶，均展现出了生物安全性高、稳定性好、副作用少和调控灵活等特点，体现出了其生物医疗应用的多样性。

近年来，作为新型生物材料，离子凝胶的应用研究颇为广泛，除黑色素瘤治疗以外，其在穿戴应变传感器、伤口愈合和生化检测等领域也尤为活跃。

离子凝胶结合了离子液体的高离子导电性以及电化学稳定性，不仅传感能力出色，同时具备一定的耐用性。基于此，这一材料成为了穿戴应变传感器导体的热门选项。

2022年，中南大学湘雅医院李宇晟骨科副主任医师、中国科学院北京纳米能源与纳米系统研究所李舟研究员团队合成了一种具有大变形容限和快速自愈能力的离子水凝胶，相关论文以题为“Stretchable, Self-Healing, and Skin-Mounted Active Sensor for Multipoint Muscle Function Assessment”发表在《ACS Nano》上。

这种离子凝胶基于静电感应和静电耦合原理，不仅可拉伸、自愈，还能直接安装于皮肤（Triple S）。试验证明，该材料传感特性出色，且信噪比高，可长期稳定使用。

该团队合成的离子凝胶将被用于有源传感器（TSAS）研究，未来可实现肌肉功能实时评估和康复训练。

另外，香港城市大学姚希和Sai Kishore Ravi教授团队，在2023年也报告了一种微相分离双孔离子凝胶。该研究成果具有类皮肤机械性能，并通过离子驱动的刺激电能转换模拟了生物皮肤的多模态传感能力。其易制造性、广泛的可调性、自供电多模态传感以及出色的环境耐受性，为下一代软智能机械传导设备的开发提供了新策略。

离子凝胶在生化检测方面的应用，主要是作为检测物载体。其高性能的分子传感性以及保水性，能够有效保存唾液、血液等检测样本，并提高检测准确性。

2022年中国科学院大连化学物理研究所冯亮研究员团队通过双交联制备了一种pH敏感、可拉伸、抗菌且稳定的离子凝胶人工舌。这种离子凝胶人工舌不仅有较强的离子电导率以及抗菌能力，同时具备热稳定性和抗冻能力，能进一步保证样本活性。最为关键的是，离子凝胶的保水性能保证有效解决唾液样本失水的问题。

试验证明，利用该离子凝胶进行人工模拟唾液测试中具有良好的测试结果，团队未来将推动其临床应用。

而关于离子凝胶伤口愈合的研究就更为丰富了。2021年东华大学的孙胜童团队，合成了一款能够完全自愈合的可伸缩离子皮肤，相关论文以题为“Skin-like mechanoresponsive self-healing ionic elastomer from supramolecular zwitterionic network”发表在《Nature Communications》上。

2023年，中国科学院昆明植物研究所吴明一团队在 Nature Communications 期刊发表了题为“A natural biological adhesive from snail mucus for wound repair ”的研究论文。该研究从白玉蜗牛粘液中发现一种天然的多糖基粘合剂，发现其对湿润组织具有较强的粘附性能，优于临床使用的纤维蛋白胶。为普通皮肤伤口以及临床难治愈的糖尿病足溃疡等皮肤疾病的治疗提供了新思路。

加速创口自愈的特点使得离子凝胶在医美以及外科材料中被广泛应用。3M、诺华、默沙东等知名生物企业均有布局离子凝胶研究。

总结来说，离子凝胶的诸多特性使得其在生物医药领域，乃至功能材料、软电子等领域都取到了重大突破，但也仍面临着挑战。

2024年1月，苏州大学严锋教授团队全面总结了近年来离子凝胶的制备、性能以及应用研究进展，并以“Ionogels: Preparation, Preoperties and Applications”为题发表在Advance Functional Materials杂志上。

研究团队提到，目前离子凝胶的研究发展还存在四大问题。

一是离子凝胶内部结构与相互作用十分复杂，其结构表征及构效关系仍然是目前的研究难点；二是离子凝胶在目前研究中其机械性能与导电性往往呈负相关；三是离子液体的生物毒性使得离子凝胶的生物相容性仍存在一定的问题；四是离子凝胶的可降解性能还有待提升。

目前关于离子凝胶的研究还处于初级阶段，要将其运用至实际生活中还需更深入的研究。