针对上述问题上复旦大学马延磊团队开发了一种能够实现溃疡性结肠炎（UC）靶向药物递送的黏膜黏附光响应水凝胶，以克服现有治疗手段因非特异性药物递送导致的全身副作用，以及药物在炎症部位的滞留时间短、疗效有限的问题。该文章于2025年03月14日以《Enabling Targeted Drug Delivery for Treatment of Ulcerative Colitis with Mucosal-Adhesive Photoreactive Hydrogel》为题发表于《Advanced Science》（DOI：10.1002/advs.202404836）。

（1）水凝胶的制备与表征

图1A示意图展示了HANB/HAMA水凝胶的构建机制，通过光触发偶联反应（PTPC）实现水凝胶的快速交联。图1B和图1C展示了不同固含量（2.37%、4.74%和7.11%）的HANB/HAMA水凝胶的拉伸应力-应变曲线以及拉伸强度和断裂功，结果表明4.74%固含量的水凝胶具有最高的拉伸强度（200.675 ± 13.025 kPa）和断裂功（60.094 ± 14.458 kJ m-3），显示出优异的机械性能。图1D的流变分析显示，所有水凝胶在紫外光照射后迅速完成凝胶化，储能模量（G'）显著高于损耗模量（G''），表明水凝胶具有良好的稳定性。图1E的注射力测试表明，2.37%和4.74%固含量的水凝胶在37℃下具有良好的可注射性，这对于内镜递送至关重要。图1F展示了不同固含量水凝胶在PBS中的溶胀比，4.74%固含量的水凝胶溶胀比为143.83 ± 3.53%，显著低于传统水凝胶，降低了肠梗阻的风险。图1G显示了水凝胶在透明质酸酶存在下的降解特性，随着透明质酸酶浓度的增加或固含量的降低，水凝胶的降解速率加快，表明其具有良好的生物可降解性。

图1 HANB/HAMA水凝胶的设计与表征。（A）HANB/HAMA水凝胶构建机制示意图；（B）不同固体含量的HANB/HAMA水凝胶的拉伸应力-应变曲线；（C）不同固体含量的HANB/HAMA水凝胶的拉伸强度和断裂功；（D）不同固体含量的HANB/HAMA水凝胶的流变分析；（E）不同固体含量的HANB/HAMA水凝胶的注射力；（F）不同固体含量的HANB/HAMA水凝胶在PBS中的溶胀比；（G）不同固体含量的HANB/HAMA水凝胶在含透明质酸酶的降解曲线

（2）HANB/HAMA水凝胶的组织粘附能力

图2A和图2B分别展示了通过标准180度剥离测试和搭接-剪切测试测定的HANB/HAMA水凝胶的界面韧性和剪切强度，结果表明，随着固含量的增加，水凝胶的界面韧性和剪切强度均有所提高。图2C进一步比较了不同固含量水凝胶的界面韧性和剪切强度，其中4.74%和7.11%固含量的水凝胶展现出较高的界面韧性和剪切强度，分别为45.33 ± 5.62 J m-2和46.77 ± 7.49 kPa，这显著高于没有NB基团的HAMA水凝胶。图2D的明场和荧光图像显示了水凝胶与猪皮肤组织的紧密相互作用，表明水凝胶能够牢固地黏附在湿组织表面。图2E的进一步证实了水凝胶在反复拉伸、扭曲、弯曲和水冲洗后的稳定性，这表明HANB/HAMA水凝胶在动态肠道环境中具有良好的适应性和稳定性。

图2 HANB/HAMA水凝胶的组织粘附。（A）180度剥离测试；（B）搭接-剪切试验；（C）不同固体含量的HANB/HAMA水凝胶的界面韧性和剪切强度；（D）水凝胶-猪皮的明场和荧光图像；（E）HANB/HAMA水凝胶在用PBS润湿的新鲜猪皮肤上的组织粘附的照片

图3A的HE染色结果显示，HANB/HAMA水凝胶在结肠黏膜上展现出显著的黏附能力，相比之下，GelMA水凝胶在给药后1天即出现明显的脱落，表明HANB/HAMA水凝胶具有更强的组织黏附性。图3B通过IVIS成像系统检测了不同水凝胶在结肠中的保留时间，结果显示，HANB/HAMA水凝胶在体内的保留时间显著长于GelMA水凝胶和游离ICG溶液，表明其在炎症部位的滞留能力更强。图3C对图3B的结果进行了量化分析，进一步证实了HANB/HAMA水凝胶在结肠中的保留时间更长，这有助于提高药物在炎症部位的浓度，从而增强治疗效果。

图3 HANB/HAMA水凝胶显示出更好的炎症结肠粘附性和长保留。（A）HANB/HAMA（左，3天）和GelMA（右，1天）水凝胶在内窥镜注射后粘附到结肠黏膜的代表性HE染色；（B）IVIS成像系统检测水凝胶在结肠的保留时间；（C）水凝胶的平均荧光强度

（3）HANB/HAMA水凝胶可改善UC治疗的药物药代动力学和生物分布

图4A定量分析了布地奈德（Bud）在结肠中的分布，结果显示，通过水凝胶递送的布地奈德在结肠中的浓度显著高于其他递送方式。图4B通过计算曲线下面积（AUC）进一步证实了水凝胶递送的布地奈德在结肠中的累积量显著增加，是灌肠递送的9.59倍。图4C和图4D分别展示了布地奈德在血液中的分布和累积量，结果显示，水凝胶递送显著降低了布地奈德在血液中的最大浓度（Cmax）和累积暴露量，分别减少了70.3%和42.7%，表明水凝胶递送能够有效减少药物的全身暴露。这些结果表明，HANB/HAMA水凝胶能够显著提高布地奈德在结肠炎症部位的浓度，同时减少其在全身的分布，从而降低副作用并提高治疗效果。

图4 载药的HANB/HAMA表现出更好的药代动力学和较高的炎症部位药物浓度。（A）结肠中药物分布的定量分析；（B）结肠中药物的累积量；（C，D）结肠炎小鼠血浆中的药物分布（C）和累积量（D）

（4）HANB/HAMA水凝胶给药增强UC治疗效果

图5A展示了DSS诱导慢性结肠炎的示意图。图5B和图5C分别展示了不同治疗组大鼠在6周内的体重变化和疾病活动指数（DAI）变化，结果显示，通过水凝胶递送布地奈德的大鼠体重下降显著减少，DAI也显著低于对照组和通过灌肠递送布地奈德的大鼠。图5D对实验结束时各组大鼠的结肠长度进行了定量分析，结果显示，水凝胶递送布地奈德的大鼠结肠长度更长，表明结肠损伤程度较轻。图5E展示了各组大鼠的结肠损伤评分，进一步证实了水凝胶递送布地奈德在减轻结肠损伤方面的优势。

图5 载药的 HANB/HAMA 水凝胶在慢性结肠炎大鼠中发挥更强的功效。（A）DSS 诱导的慢性结肠炎治疗的示意图；（B，C）6 周内各组体重（B）和疾病活动指数（DAI）变化（C）；（D）实验结束时各组定量结肠长度；（E）实验结束时各组结肠损伤评分

（5）内窥镜引导的药物递送减轻结肠炎模型中的炎症和组织纤维化

图6A的免疫组化染色结果显示，DSS处理的大鼠结肠组织中促炎细胞因子TNF-α的表达显著增加，而通过水凝胶递送布地奈德治疗的大鼠结肠中TNF-α的表达显著降低，表明水凝胶递送能够有效抑制炎症反应。图6B的CD86荧光染色显示，DSS处理组的结肠组织中M1型巨噬细胞的浸润显著增加，而水凝胶递送布地奈德治疗显著减少了这种浸润，进一步支持了其抗炎作用。图6C的Masson染色结果显示，DSS处理组的结肠组织中胶原蛋白的表达和沉积显著增加，表明组织纤维化程度较高，而水凝胶递送布地奈德治疗显著减少了胶原蛋白的表达和沉积，显示出其在减轻组织纤维化方面的优势。图6D的免疫荧光染色显示，DSS处理组的结肠组织中CD31和α-SMA的表达显著增加，表明血管生成和纤维化程度较高，而水凝胶递送布地奈德治疗显著降低了这些标志物的表达，进一步证实了其在抑制纤维化和促进组织修复方面的有效性。

图6 抑制DSS诱导的大鼠结肠炎症和免疫反应。（A）IHC染色；（B）CD86免疫荧光染色；（C）Masson染色；（D）治疗后各组大鼠结肠组织中CD31、α-SMA的代表性荧光染色

（6）水凝胶介导的药物递送恢复肠道微生物群

图7A展示了通过16S rDNA测序分析得到的肠道菌群α多样性结果，显示DSS处理的大鼠肠道菌群丰富度显著下降，而水凝胶递送布地奈德治疗显著提高了α多样性，表明其能够恢复肠道菌群的多样性。图7B的非度量多维标度（NMDS）分析显示，不同处理组之间的肠道菌群β多样性存在显著差异，水凝胶递送布地奈德组的菌群结构与对照组更为接近，进一步支持了其在调节肠道菌群结构方面的作用。图7C的热图展示了各组大鼠肠道菌群在属水平上的相对丰度变化，结果显示，水凝胶递送布地奈德显著增加了有益菌（如Defluviitaleaceae_UCG-011）的丰度，同时降低了有害菌（如Bacteroides_acidifaciens、Helicobacter和Peptococcaceae）的丰度。图7D进一步量化了这些特定菌群的相对丰度变化，证实了水凝胶递送布地奈德在调节肠道菌群组成方面的有效性。

图7 治疗后肠道微生物群的 rRNA 测序分析。（A）操作分类单位（OTU）显示了微生物群落的多样性；（B）主坐标分析（PCoA）显示肠道菌群的多样性；（C）热图显示了属水平上微生物组成谱的相对丰度；（D）选定分类群的相对丰度