修復器官和控制藥物釋放，新型智能水凝膠前景廣闊！

導讀

香港科技大學化學工程及生物工程學系助理教授孫飛領導的研究團隊，研發出全新的全蛋白質感光智能水凝膠，將有助於開拓未來材料生物學和生物醫療方面的應用。

關鍵字

水凝膠、材料、醫療

背景

水凝膠（Hydrogel），在醫學界中也被稱為軟物料。它是以水為分散介質的凝膠，是一種高分子網路體系，質地柔軟，能保持一定的形狀，能吸收大量的水分。

或許以上的解釋太過專業，通俗一點講，在日常生活用品中，我們到處都可見水凝膠的身影，例如隱形眼鏡、避孕套、一次性尿布、髮膠，牙膏和植物水晶體等等。而在醫療應用方面，它可用於藥物輸送和幹細胞治療，例如：海藻酸鈉水凝膠結合蘆薈所製得的傷口敷料，可以保持傷口濕潤，促使細胞再生。

之前，筆者在《「水凝膠」觸摸板誕生：未來應用前景廣闊》一文中曾經介紹過韓國首爾國立大學研發的由水凝膠製成的觸摸板，同時也介紹了水凝膠在彈性和發光的壓敏材料，以及智能傷口敷料方面的應用。由於水凝膠的生物相容性好、超級彈性可拉伸、成本較低，所以未來它有望廣泛應用於可穿戴設備、人造假肢、人機交互、虛擬現實、醫療器材、機器人等新興技術領域。

（圖片來源於：Melanie Gonick/MIT）

可是傳統的水凝膠主要是由合成聚合物，或包括動物膠原蛋白的生物提取物等材料製成，容易引起過敏反應，而以上兩種材料均難以提供讓細胞生長及發育所需的複雜生物環境。

創新

（圖片來源：香港科技大學）

香港科技大學（HKUST）化學工程及生物工程學系助理教授孫飛領導的研究團隊，研發出全新的全蛋白質感光智能水凝膠，將有助於開拓未來材料生物學和生物醫療方面的應用。

孫教授團隊所發明的新型智能水凝膠，不單可盛載生物細胞及組織：包括幹細胞等再生醫學的重要組件，其感光特質也可控制細胞或藥物分子在人體內釋放的時間或方式。

此研究成果發表於2017年6月6日出版的學術期刊《美國國家科學院院刊》(PNAS)。

技術

（圖片來源：香港科技大學）

為創造這種全新的水凝膠，孫教授的團隊通過基因編碼等手段，在室溫下共價拼接感光體末端腺苷鈷胺結合域（photoreceptor C-terminal adenosylcobalamin binding domain，CarHC）蛋白，從而創造出經基因改造的蛋白質組裝成的分子網路。整個合成過程完全藉助細菌培植方法，這一過程類似於發酵。

價值

（圖片來源：香港科技大學）

這樣製造出來的水凝膠，成份與人體組織相近，能將活細胞送入人體，並減低過敏或人體免疫排斥反應的風險。而作為藥物載體，這種感光水凝膠在光照條件下，會迅速地由固態轉變為液態，從而使得其攜帶的藥物在人體內以受控的方式釋放出來。該團隊創造出的這種完全蛋白基水凝膠，代表了一種全新設計思路，它能設計出特性可精確調控的生物活性材料。

孫教授表示：

「智能水凝膠的需求日益增長，將刺激響應型蛋白質直接組裝到水凝膠中，為未來材料生物學，甚至醫學治療，都提供了巨大的契機。理論上講，在再生醫學中，水凝膠可成為幹細胞的一個有效載體，促進受損器官的修復，這意味著未來器官移植將不再是病患的唯一治療方案。」

參考資料

【1】http://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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