基于蛋白、多肽自组装形成的可注射、可自愈性质水凝胶，因其固有的生物相容性、生物可降解性、可调的机械性能以及环境响应性，在生物领域尤其是生物医学领域越来越受到关注。一些天然的蛋白质诸如弹性蛋白、胶原蛋白、明胶、蚕丝蛋白因其资源丰富，被广泛应用于水凝胶的自组装合成。胶原蛋白是哺乳动物组织中含量最丰富的蛋白质，是天然细胞外基质（ECM）的主要成分，因而成为了生物医学领域最具吸引力的生物材料。胶原蛋白尤其是I型胶原蛋白可以通过一些非共价键相互作用包括氢键、静电力、疏水作用等自组装形成纤维水凝胶。然而，自组装形成的胶原蛋白水凝胶机械性能较差，从而限制了它作为可注射材料在药物递送及组织工程方面的应用。

目前，广泛的策略为利用戊二醛、己二异氰酸酯、叠氮磷酸二苯酯等交联剂与胶原蛋白进行交联，从而增加自组装形成的胶原蛋白水凝胶的机械性能。生物医学理想的水凝胶应在一定的压力下表现出良好的滞留粘性（即剪切变稀性），以及在注射后迅速恢复原始凝胶态（即自愈性）。但是，交联剂的引入将会导致交联的不可逆转（影响剪切变稀性能），不可避免的引入有毒物质，从而限制其作为可注射材料在组织工程及药物递送方面的应用。

为解决上述问题，燕山大学环境与化学工程学院的焦体峰教授课题组与中国科学院过程工程研究所的闫学海研究员课题组合作，基于生物分子自组装成功构建了可原位矿化形成纳米金颗粒的具有可注射、可自愈性能的胶原蛋白水凝胶。组装过程主要与带正电荷的胶原蛋白分子链与带负电荷的无机阴离子团簇静电相互作用相关。原位矿化形成的金纳米颗粒被证实了具有调控胶原蛋白水凝胶机械性能的作用，纳米金颗粒与胶原凝胶体系之间弱的作用力赋予了水凝胶剪切变稀及自愈性能（图1）。这种基于胶原蛋白形成水凝胶的策略可适用于构建各种功能性的水凝胶，诸如壳聚糖、蚕丝蛋白、弹性蛋白和明胶等生物高分子均能够与离子团簇通过静电相互作用自组装形成水凝胶。

图1. 胶原蛋白与氯金酸自组装形成可原位矿化纳米金的水凝胶的示意图

这种生物相容性良好的胶原蛋白水凝胶可作为一种新颖的工具用于药物保留及药物持续释放。它具有诸多优点，如降低药物使用量、降低药物毒性、提高生物利用度等。给予一定的剪切作用力，水凝胶流动可注射，原位注射在肿瘤病灶部位后，依靠水凝胶的自愈特性，可将药物原位保留在肿瘤部位并可达到长时间的缓慢释放，他们证实，在利用此凝胶材料进行肿瘤治疗过程中，120 h后，药物仍然能够在肿瘤部位富集（图2）。

图 2. 含光敏药物（TPPAc）的水凝胶原位注射到肿瘤原位120小时后解剖得到的器官的小鼠成像结果

实验人员采用一次瘤内水凝胶注射，多次局部光照治疗的方法进行肿瘤的联合光动力/光热治疗，显著增强了抗肿瘤效果，实验未发现主要器官的病理损伤。

图3. 一次水凝胶注射给药，多次光照肿瘤治疗效果。a. 25天治疗周期内，小鼠肿瘤体积变化曲线；b. 25 天治疗结束后，肿瘤质量，插图为治疗结束后的肿瘤解剖图。

总的来说，通过自组装的方法所开发的可注射、可自愈型胶原蛋白水凝胶为药物输送和组织工程等生物医学应用领域，提供了新的替代运载工具，具有良好的发展机遇和广泛的前景。

本文发表在《Advanced Materials》上，焦体峰教授课题组的博士生邢蕊蕊（Ruirui Xing）为论文第一作者，闫学海研究员课题组的博士生刘凯（Kai Liu）为论文共同第一作者，焦体峰教授、闫学海研究员、邹千里副研究员为共同通讯作者。该研究工作得到了中科院国际人才交流计划项目、国家自然科学基金、河北省自然科学基金、河北省首批青年拔尖人才支持计划、中国博士后科学基金等项目的支持。

来源：AnInjectable Self-Assembling Collagen–Gold Hybrid Hydrogel for CombinatorialAntitumor Photothermal/Photodynamic Therapy. Advanced Materials,2016, 28(19), 3669-3676

————来源：高分子科学前沿