由 Xiaofei Chen、Li Chen（通讯作者）等来自中国东北师范大学（Northeast Normal University）和中国科学院长春应用化学研究所（Changchun Institute of Applied Chemistry）的研究团队于2014年在《Chemical Communications》（Chem. Commun., 2014, 50, 3789）发表了一项关于双响应超分子纳米凝胶（dual responsive supramolecular nanogels）用于细胞内药物递送的研究。这项研究属于高分子材料与药物递送交叉领域，旨在开发一种能同时响应肿瘤细胞内酸性环境（pH ）和还原性微环境（glutathione, GSH）的智能纳米载体。其核心创新在于通过主客体相互作用（host-guest interaction）将苯并咪唑修饰的葡聚糖（dextran-grafted benzimidazole, Dex-g-BM）与硫醇化β-环糊精（thiol-β每周郑迭闻哆喆蔌蹇崴屣嘞躞肽濞恧）交联构建纳米凝胶，实现对化疗药物的精准控释。

学术背景

传统聚合物纳米凝胶（polymeric nanogels）因其三维纳米网络结构在药物递送领域备受关注，但化学交联法存在制备复杂、缺乏环境响应性等问题。超分子交联（supramolecular cross-linking）通过可逆的非共价相互作用（如主客体识别）赋予了材料动态响应能力。本研究聚焦肿瘤细胞内特有的酸性内吞体（endosomes, pH 5.0-6.0）和高浓度谷胱甘肽（GSH, 2-10 mM）微环境，利用苯并咪唑（BM）与β-环糊精（β-CD）的pH依赖性主客体相互作用，以及二硫键的还原敏感性，设计了一种双响应纳米凝胶，以解决传统载体在肿瘤靶向释药中的局限性。

研究方法与流程

1. 材料合成与表征

   • Dex-g-BM的制备：通过酯化反应将5-苯并咪唑羧酸（BAA）接枝到葡聚糖（Dex）链上，红外光谱（FTIR）在1716 cm⁻¹处的羰基特征峰和核磁共振氢谱（¹H NMR, 7.6-8.4 ppm）的芳香质子峰证实了成功合成。
     
   • β-CD-SH的合成：β-环糊精的羟基经硫醇化改性，通过氧化形成二硫键交联网络。
     
   • 纳米凝胶组装：将Dex-g-BM与β-CD-SH在PBS中通过主客体相互作用自组装，荧光光谱显示BM在346 nm和525 nm的双重发射峰随β-CD-SH加入显著增强，表明BM被包埋于β-CD的疏水空腔内（图2a）。¹H NMR中BM质子峰减弱（图2b）进一步验证了主客体复合物的形成。
     

2. 纳米凝胶性能测试

   • pH/还原双响应性验证：
     
     • pH响应：在pH 5.3（模拟内吞体）条件下，纳米凝胶粒径从136 nm（pH 7.4）增至452 nm，因BM与β-CD解离导致凝胶溶胀（图S7）。
       
     • 还原响应：加入10 mM GSH后，凝胶粒径在24小时内从136 nm增大至332 nm，归因于二硫键断裂（图S7a）。
       
   • 药物负载与释放：以阿霉素（DOX）为模型药物，负载效率达15.2%。在pH 5.3无GSH条件下，15小时内释放85% DOX（图3a）；而在pH 7.4加入GSH时，释放速率亦显著提升（图3b），证实了双响应的协同作用。
     

3. 细胞实验

   • 毒性评估：空白纳米凝胶对HepG2和HeLa细胞的72小时存活率>95%（图S12），显示良好生物相容性。
     
   • 抗肿瘤效果：DOX负载的纳米凝胶在GSH预处理的HepG2细胞中IC₅₀为6.01 μg/mL，显著低于未处理组（29.81 μg/mL）和化学交联对照组（812 μg/mL）（图4a）。共聚焦显微镜（CLSM）显示，GSH预处理组的DOX荧光强度最高（图5），表明还原环境促进药物释放。
     

主要结果与逻辑链条

研究通过三步实验验证了纳米凝胶的双响应机制：
1. 材料设计：主客体相互作用和二硫键交联的引入（图1）为响应性奠定化学基础。
2. 体外响应：酸性和还原条件均能触发凝胶溶胀/解离（图3），且释放动力学与肿瘤微环境匹配。
3. 细胞内验证：细胞实验证明纳米凝胶能选择性在肿瘤细胞内释放药物，增强疗效（图4-5）。

结论与价值

该研究成功开发了一种基于超分子化学的智能纳米凝胶，其pH/reduction双响应特性精准匹配肿瘤微环境，解决了传统载体释药不可控的难题。科学价值在于：
1. 为刺激响应性材料设计提供了主客体化学与动态共价化学结合的新策略。
2. 应用潜力体现在可扩展至其他化疗药物的靶向递送系统，推动个性化癌症治疗。

研究亮点

1. 创新交联机制：首次将BM/β-CD的pH敏感性主客体相互作用与二硫键还原敏感性耦合，实现双信号触发。
   
2. 高效释药性能：在生理pH（7.4）下稳定，仅在肿瘤微环境中快速释药，降低了全身毒性。
   
3. 简易制备工艺：相比传统化学交联法，超分子组装步骤简捷，无需复杂纯化（图S1）。
   

其他价值

• 荧光探针（pyrene）测定的临界胶束浓度（CMC）数据（表S1）为纳米凝胶的稳定性评估提供了量化依据。
  
• 该研究获中国国家自然科学基金（51273037等）和吉林省科技厅项目支持，体现了从基础研究到应用转化的完整链条。