《International Journal of Hydrogen Energy》：Innovative hydrogen delivery platforms for enhanced biomedical applications
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氢气递送系统在生物医学中的应用研究综述了纳米颗粒、水凝胶、脂质体等载体技术，探讨了其在伤口修复、癌症治疗等领域的抗氧化、抗炎及组织再生机制，并分析了剂量控制、释放动力学和安全性等关键挑战。
阿曼·巴兹加尔（Arman Barzgar）|伊曼·巴兹加尔（Iman Barzgar）|贾瓦德·埃斯马埃利（Javad Esmaeili）|萨伊迪赫·扎雷·贾利塞（Saeedeh Zare Jalise）
伊朗马什哈德萨贾德科技大学（Sadjad University of Technology）生物医学工程系
摘要
氢疗法是一种具有前景的生物医学方法，因其抗氧化、抗炎和组织再生作用而受到关注，这些作用是通过调节信号通路促进细胞生长和组织修复实现的。最近的技术使得氢疗法能够在伤口治疗、癌症治疗、心血管疾病治疗和组织工程应用中实现可控释放。据我们所知，目前还没有专门针对生物医学应用中的氢释放系统的综合性综述。本综述的主要目的是探讨最常用的氢释放平台，包括纳米载体、水凝胶、脂质体、纳米颗粒和支架。我们还强调了氢在再生医学中的治疗作用，并讨论了剂量准确性、释放动力学和副产物安全性的关键问题。氢可以直接释放，也可以通过生物材料在体内生成，从而增强肿瘤抑制、伤口修复、抗炎和减少氧化应激的效果。总之，通过工程化生物材料实现氢的释放具有巨大的治疗潜力。通过对释放策略和治疗效果的系统分析，本综述为下一代基于氢的疗法的设计提供了可操作的见解。
引言
近年来，治疗性气体的使用作为一种增强愈合和组织再生的新方法受到了越来越多的关注。氧气（O2）和氢气（H2）等气体，以及一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）等其他气体，在各种生物医学应用中展示了显著的潜力[1]。这些气体曾经被认为在生物学上是惰性的或仅具有代谢作用，但现在人们认识到它们能够调节细胞信号、减轻炎症、促进血管生成并保护组织免受氧化应激。其中，氧气因其在支持细胞代谢和组织修复中的关键作用而广为人知；而氢气作为这一领域相对较新的参与者，因其抗氧化、抗炎和细胞保护特性而逐渐受到重视[2]。这些气体的可控释放，无论是单独使用还是联合使用，正成为生物医学工程中的一个新兴范式。
研究人员发现，在组织损伤或疾病部位（如伤口、创伤区域或肿瘤组织）局部释放氢气可以显著加速愈合过程并提高治疗效果[3,4]。与全身给药不同，全身给药通常会导致气体迅速扩散且生物利用度有限，而在损伤区域靶向释放氢气可以确保更高的局部浓度，从而使氢气更有效地发挥其抗氧化、抗炎和细胞保护作用[5]。这种定位释放的方法已被证明可以促进细胞增殖、减少氧化损伤、增强血管生成并支持组织重塑，从而在急性和慢性情况下实现更快和更一致的恢复[6]。因此，局部氢疗法现在被视为对传统治疗的战略性补充，为组织修复和再生提供了更有效的途径。
近年来开发了多种氢释放系统，包括释放氢气的纳米颗粒（例如基于镁的、基于钯的或硼氢化物系统）[7]、能够在外部刺激下渗透组织并释放气体的载氢纳米气泡[8]，以及能够在伤口或植入部位缓慢释放氢气的水凝胶基平台[9]。此外，静电纺丝纳米纤维膜也被用作支架，既可以封装氢供体，也可以通过嵌入的催化剂生成氢气[10]。其他新兴系统还包括脂质体、微针贴片和金属有机框架（MOFs），这些材料能够根据pH值、温度或酶活性储存和释放氢气。这些多样化的平台旨在实现持续、可控和定位的氢释放，从而最大化治疗效果，同时最小化脱靶效应和全身毒性。
本综述的主要目标是全面概述生物医学应用中氢释放系统的最新进展。为此，我们首先讨论了最常用的载体和释放平台。随后，我们回顾了这些系统在伤口愈合、组织再生和癌症治疗等关键生物医学应用中的用途。最后，我们讨论了基于氢的疗法在设计、转化和临床应用中仍存在的主要挑战和限制，为这一新兴领域的研究和发展提供了方向。
章节摘录
氢的生物学特性与治疗机制
如前所述，氢气作为一种独特的治疗剂，因其能够调节氧化应激、炎症和关键细胞信号通路而受到关注。其微小的体积和中性的性质使其能够自由穿过膜，到达线粒体和细胞核等亚细胞结构，在那里它可以在不引起毒性的情况下影响细胞功能[11,12]。
氢的主要生物学作用是其选择性的抗氧化功能。虽然活性氧（ROS）等物质……
释放氢气的纳米颗粒
释放氢气的纳米颗粒是一类快速发展的生物材料，旨在克服氢溶解度低和快速扩散的固有局限性（表1）。通过实现可控和定位的氢释放，这些系统扩展了氢在多种疾病中的治疗范围[8]。例如，张等人开发了钯氢化物（PdH）纳米颗粒，用于治疗阿尔茨海默病中的氧化应激，实现了靶向氢的释放
伤口愈合
伤口愈合是一个多方面的、受时间调控的生物过程，对于恢复受伤后的皮肤完整性至关重要。它包括四个相互依赖的阶段：止血、炎症、增殖和重塑，每个阶段都由不同的但相互重叠的细胞和分子机制协调[64,65]。止血过程在创伤发生后立即开始，涉及血小板聚集和纤维蛋白凝块形成以止血。随后，先天免疫细胞……
挑战与未来方向
如前所述，氢气作为一种治疗气体显示出巨大的潜力，因为它具有抗氧化、抗炎和细胞保护作用。然而，其生物医学应用面临几个需要解决的重大挑战，以确保安全性、可重复性和临床成功率。其中一个主要问题是释放过程中氢浓度的控制。尽管在 therapeutic 剂量下氢通常是安全的，但过高的氢浓度……
结论与未来展望
与氧气类似，氢气在生物医学工程领域也显示出巨大的潜力。除了众所周知的抗氧化特性外，氢在调节炎症、保护组织免受氧化损伤和影响细胞信号通路方面也表现出显著的治疗效果。无论是通过化学反应、纳米载体还是智能材料在体内生成或释放氢气，都为其实现定位和可控释放提供了独特优势
作者贡献声明
阿曼·巴兹加尔（Arman Barzgar）：撰写初稿，软件处理。
伊曼·巴兹加尔（Iman Barzgar）：撰写初稿，软件处理。
贾瓦德·埃斯马埃利（Javad Esmaeili）：撰写与编辑，撰写初稿，监督，概念构思。
萨伊迪赫·扎雷·贾利塞（Saeedeh Zare Jalise）：撰写初稿，软件处理。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
