综述：抗氧化水凝胶：治疗氧化应激相关疾病的创新策略

为改善局部氧化应激环境，研究人员开展抗氧化水凝胶设计与应用研究，总结其成果并展望未来方向。

　　活性氧（ROS）在人体生理过程中起着至关重要的作用，它是一系列主要来源于线粒体、内质网、过氧化物酶体和吞噬体的活性分子，包括过氧化氢（H₂O₂）、羟基自由基（?OH）、氢氧根离子（OH^?）、超氧阴离子（O^2?）等。众所周知，ROS 在生理过程中扮演着关键角色，作为信号分子直接或间接调节细胞生长、坏死、凋亡和存活，这些都是基础代谢功能的一部分。以超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）和过氧化氢酶（CAT）为代表的酶促抗氧化系统，以及谷胱甘肽（GSH）等非酶促抗氧化系统，将细胞内的 ROS 维持在正常水平。目前的研究表明，ROS 对生命系统的影响犹如一把双刃剑。一方面，适度增加的 ROS 可以被免疫系统识别为信号分子，用于杀死病原体、调节组织微环境、促进组织再生，还能推动细胞生长、迁移或凋亡等正常代谢活动。然而，过量的 ROS 会压倒细胞的抗氧化防御系统，且难以被机体及时清除，通过 ROS 诱导的氧化应激导致 DNA 损伤、蛋白质损伤、脂质过氧化和酶的过氧化。因此，在不同的应用场景中下调 ROS 的过表达，减轻过表达的 ROS 对细胞、组织和器官的损伤尤为重要。

在日常生活中，口服外源性抗氧化剂是一种传统的抗氧化手段，但由于首过效应，这些治疗通常无法达到预期的抗氧化效果。近年来，旨在调节或清除过量 ROS 以减轻氧化损伤的抗氧化材料，如纳米颗粒和水凝胶的应用受到了广泛关注。其中，水凝胶是一种亲水性聚合物材料，其结构与细胞外基质高度相似，由于其优异的生物相容性、药物承载能力、多样化且灵活的制备方法以及维持体液稳定性的特性，已在生物医学领域得到广泛应用。抗氧化水凝胶 3D 支架材料不仅可以灵活设计成不同剂型（如贴片、注射剂），还能引入其他功能结构赋予其多种特性（如粘附性、自愈合性、抗菌性等），可应用于多种生物医学场景并增强治疗效果。例如，粘膜粘附性抗氧化水凝胶更容易粘附在组织表面，从而停留更长时间并促进药物释放到靶组织，使其适用于皮肤相关治疗。总之，抗氧化水凝胶可以通过合理设计发挥抗氧化功能，并辅以促进细胞增殖、分化、组织再生等多种功能，最终实现在生物医学领域的多样化应用。

本综述将从抗氧化水凝胶的抗氧化成分入手，接着探讨抗氧化水凝胶的制备方法，总结其在各种生物医学领域的应用，最后对抗氧化水凝胶的进一步发展进行展望。

水凝胶的抗氧化、抗菌和抗炎等生物学特性对于治疗各种与 ROS 相关的疾病至关重要。因此，抗氧化水凝胶中的抗氧化成分是评估其 ROS 清除功能的关键因素。据报道，许多抗氧化剂和合成纳米材料，如单宁酸、肽和纳米酶等，已被封装到水凝胶中用于制备抗氧化水凝胶。

水凝胶是一种柔软的湿材料，由交联的聚合物分子链组成三维网络。根据交联方法的不同，合成方法可分为物理交联和化学交联。值得注意的是，不同的化学性质和网络结构决定了水凝胶不同的生物活性效应，这主要取决于各种合成方法。因此，合成方法是一个重要因素。

ROS 在生命过程中起着关键作用，作为信号分子调节细胞的生理活动。然而，当 ROS 水平升高或细胞抗氧化能力下降，导致抗氧化防御系统无法中和过量的 ROS 时，就会发生氧化应激。氧化应激下过量的 ROS 极其有害，可能导致细胞大分子的氧化损伤、引发炎症，并加速各种疾病的进展。

ROS 的过量产生是导致包括皮肤损伤、心血管疾病、骨关节炎、眼部疾病、神经退行性疾病等在内的疾病的重要病理因素。以水凝胶为代表的抗氧化生物材料被认为是治疗氧化应激相关疾病的一种有前景的策略。许多天然或合成材料可以作为抗氧化剂引入水凝胶中，包括无机纳米酶、天然多酚、氨基酸、肽等。

尽管近年来抗氧化水凝胶在生物医学应用方面取得了显著进展，在制备、修饰和应用方面的众多研究成果丰硕，但目前的抗氧化水凝胶仍有许多挑战需要解决，例如水凝胶中封装的无机纳米酶材料的生物安全性和代谢行为。另一个例子是如何实现按需清除 ROS 和智能控制。