本研究由陈淑琪（shuqi chen）等在成都大学药学院、四川大学生物医学工程学院及成都百利多生物制药有限公司完成，通讯作者为高文霞（wenxia gao）、葛鹏金（pengjin ge）和何斌（bin he）。该论文发表于《Biomacromolecules》期刊2024年第25卷，第6801至6813页，于2024年9月23日在线发表。研究领域为生物医用高分子材料与溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）治疗。UC是一种慢性炎症性肠病，因持续的黏膜炎症与屏障功能障碍而显著增加结直肠癌风险。目前临床以口服药物为主，但口服给药的首过效应降低了病灶部位的药物浓度；灌肠给药虽可提高局部浓度，但由于UC患者肠道黏膜屏障破坏，多数灌肠制剂难以在结肠内长期滞留，频繁灌肠又降低患者依从性。针对这些问题，本研究旨在开发一种带有负电荷的温敏水凝胶灌肠剂，利用UC炎症溃疡表面正电荷蛋白积聚的特点，通过静电相互作用使水凝胶优先黏附于炎症部位，重建黏膜屏障并实现持续药物释放。

研究分为材料合成、表征、体外实验、体内实验及数据分析等主要流程。首先，研究者合成了聚（ε-己内酯-co-乙交酯）-聚乙二醇-聚（ε-己内酯-co-乙交酯）（PCLGA-PEG-PCLGA）三嵌段共聚物，简称P，并进一步用丁二酸酐封端修饰，得到带羧基末端的SA-P聚合物。用核磁共振氢谱（¹H NMR）确认丁二酸成功键合至聚合物末端，差示扫描量热法（DSC）和X射线衍射（XRD）分析表明SA修饰增强了PCL链段的结晶能力，可能与SA之间的氢键作用有关。聚合物在水溶液中自组装形成胶束，临界胶束浓度和粒径通过荧光光谱、动态光散射和透射电镜测定，P与SA-P胶束粒径约20纳米，SA-P胶束因末端羧基而带更多负电荷。其次，制备了姜黄素（curcumin，Cur）负载的果胶微球（Pec@Cur）。采用改良乳化法，以液体石蜡、司盘80、吐温80和丙二醇为油相，果胶水溶液为水相，将姜黄素与果胶混合后滴入油相搅拌，再加氯化锌交联形成微球。扫描电镜显示空白微球和载药微球均为球形，统计粒径约5.33微米，姜黄素载药率为48.3%。然后将5-氨基水杨酸（5-ASA）与Pec@Cur分散于P或SA-P聚合物溶液中制备载药水凝胶。溶胶-凝胶转变行为通过倒管法和流变学测试评估，结果显示P和SA-P溶液在37°C可形成凝胶，且SA-P的溶胶-凝胶转变温度范围更宽，粘度更高，这与SA-P分子链间更强的氢键作用有关。体外药物释放实验表明，5-ASA在两种水凝胶中均快速释放，10小时累计释放约60%；姜黄素释放较慢，且SA-P水凝胶中的姜黄素释放快于P水凝胶，可能是因为SA-P末端羧基与锌离子竞争交联而破坏果胶微球。为评价水凝胶的物理屏蔽功能，研究者采用Transwell小室模拟细菌穿透实验，将大肠杆菌和金黄色葡萄球菌悬液加于水凝胶上层，37°C培养24小时后测定上下室的光密度（optical density，OD）值。结果显示SA-P水凝胶组的下室与上室OD比值低于P水凝胶组，说明SA-P水凝胶对细菌屏障作用更强，尤其是对大肠杆菌。生物相容性方面，L929细胞与不同浓度聚合物共培养48小时后，细胞存活率均超过85%；将P和SA-P水凝胶皮下注射至SD大鼠，组织切片显示SA-P水凝胶体内降解较快，3天后即几乎不可见，而P水凝胶在7天后仍可见，两种水凝胶均诱导新生毛细血管生成。

体内黏附实验使用C57雌性小鼠，用3.0%葡聚糖硫酸钠（dextran sulfate sodium，DSS）饮水7天建立UC模型。实验将小鼠分为P（3小时）、P（6小时）、SA-P（3小时）和SA-P（6小时）组，同时设健康小鼠对照组，每组5只。灌肠给予含DiD荧光染料的P或SA-P溶液后，在不同时间点解剖取结肠进行活体成像。结果显示SA-P水凝胶在UC小鼠结肠中的荧光强度显著强于健康小鼠，而P水凝胶在两组间无显著差异，且SA-P水凝胶在UC小鼠结肠中的滞留时间比P水凝胶长。体外孵育实验也证明SA-P水凝胶优先结合UC小鼠结肠上皮。这些结果表明SA-P水凝胶通过静电相互作用优先黏附于炎症部位。

体内疗效实验中，UC小鼠随机分为DSS组、5-ASA+Cur组、Pec@Cur/P组、5-ASA/P组、Pec@Cur/SA-P组、5-ASA/SA-P组、5-ASA+Pec@Cur/P组和5-ASA+Pec@Cur/SA-P组，每组5只，另设健康对照组。5-ASA剂量为520毫克/千克，姜黄素剂量为100毫克/千克，于第0、2、4、6天灌肠给药。结果发现，5-ASA+Pec@Cur/SA-P组体重增加最显著，疾病活动指数（disease activity index，DAI）下降最明显。结肠长度分析显示该组结肠长度接近健康对照组，脾脏指数也几乎恢复正常。组织学检查中，苏木精-伊红（hematoxylin and eosin，H&E）染色显示DSS组出现广泛黏膜缺损、隐窝结构紊乱、杯状细胞减少和炎症细胞浸润；5-ASA+Pec@Cur/SA-P组结肠组织结构完整，隐窝和杯状细胞密度接近正常。阿利新蓝-过碘酸雪夫（AB-PAS）染色表明该组黏液屏障恢复最为显著。免疫组化和酶联免疫吸附试验（ELISA）检测显示，5-ASA+Pec@Cur/SA-P组中白细胞介素-6（IL-6）和髓过氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）表达水平最低，接近健康组，说明该水凝胶能有效抑制炎症反应并减少中性粒细胞浸润。

研究结论认为，带负电荷的温敏水凝胶SA-P能够通过静电相互作用优先黏附于UC炎症部位，重建黏膜屏障，并联合5-ASA与姜黄素发挥协同抗炎作用。该水凝胶具有作为UC灌肠治疗制剂的潜在应用价值。研究亮点在于利用UC炎症微环境表面正电荷的特点设计负电荷水凝胶，实现了对溃疡部位的靶向黏附，同时将物理屏障重建与药物持续释放相结合，克服了传统灌肠制剂滞留时间短的问题。此外，该研究提出了一种新的策略，即通过材料表面电荷调控实现炎症部位选择性黏附，为炎症性肠病的局部治疗提供了新思路。