分享一篇近期发表在Biomacromolecules上的研究进展，题为Fast-Forming Dissolvable Redox-Responsive Hydrogels: Exploiting the Orthogonality of Thiol−Maleimide and Thiol−Disulfide Exchange Chemistry。文章的通讯作者是来自土耳其海峡大学的 Amitav Sanyal教授。
水凝胶因其具有的能够快速成型同时又易于降解的特性，在伤口愈合、治疗烧伤和药物递送等方面已有广泛应用。本文作者使用具有巯基末端的四臂聚乙二醇以及具有马来酰亚胺末端和二硫键的线性聚乙二醇为原料，利用巯基-马来酰亚胺反应和巯基-二硫键交换反应制备了一种氧化还原响应性的水凝胶（图1），并探索了该水凝胶在生物医药方面的应用场景。 如图2所示，作者首先通过两步酯化反应和一步逆D-A脱保护反应，制备了含有二硫键和双马来酰亚胺末端的线性聚乙二醇，并通过1H NMR和13C NMR确定终产物中含有马来酰亚胺基团。 接下来，作者使用等当量2-巯基乙醇与双端马来酰亚胺聚乙二醇作为模型反应，通过1H NMR和13C NMR确认了巯基会与马来酰亚胺发生迈克尔加成反应（图3），且产物的尺寸排阻色谱保留体积与反应物相比相差极小，LC-MS未观察到二硫键裂解的副产物。上述结果证明二硫键没有断裂，巯基优先发生迈克尔加成反应而非与二硫键交换，即在该条件下，两个反应相互正交，几乎不发生副反应。 按照巯基与马来酰亚胺官能团比例为1:1，作者将四臂巯基聚乙二醇与上述线性双端马来酰亚胺聚乙二醇在37℃下混合，一分钟内即可生成如图4A所示的透明水凝胶。该水凝胶具有高度多孔的结构和高吸水率。 作者通过在水凝胶中负载FITC-BSA，检测了其在还原性和非还原性条件下的降解（图5）。水凝胶在37℃，200 mM DTT溶液中放置10分钟后，溶液显示出荧光，证明了凝胶发生了降解。在100 mM DTT溶液中，水凝胶的模量迅速下降，在40分钟时完全降解。 作者还使用不同分子量的FITC-葡聚糖和FITC-BSA研究了该水凝胶可控释放大分子的能力。将FITC-葡聚糖或FITC-BSA与双端马来酰亚胺聚乙二醇混合溶解在PBS中，再加入四臂聚乙二醇发生凝胶化，该凝胶可以通过调节溶液中DTT的含量实现不同速率的大分子释放。成纤维细胞系L929体外细胞毒性评价结果显示，该水凝胶没有明显的细胞毒性，具有良好的生物相容性。 综上所述，作者在本研究中使用具有巯基末端的四臂聚乙二醇以及具有马来酰亚胺末端和二硫键的线性聚乙二醇为原料，利用巯基-马来酰亚胺反应和巯基-二硫键交换反应制备了一种氧化还原响应性的水凝胶，具有良好的生物相容性好可控释放生物大分子的能力。DOI: 10.1021/acs.biomac.2c00209Link: https://doi.org/10.1021/acs.biomac.2c00209
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