双动态共价交联聚甘油水凝胶：肿瘤球体培养的革命性仿生平台

为突破传统肿瘤模型局限性，研究人员开发了基于硼酸酯键和希夫碱双重动态共价交联的聚甘油水凝胶（lPG/hbPG）。该材料兼具可调力学性能、长期稳定性和生物相容性，成功支持HeLa、A549等多种癌细胞形成3D肿瘤球体，为肿瘤微环境模拟和药物筛选提供了高保真平台。

　　

在癌症研究领域，传统二维细胞培养模型难以模拟真实肿瘤微环境的三维结构和机械特性，而天然水凝胶如Matrigel存在批次差异大、性能不可控的缺陷。这一瓶颈严重制约了肿瘤生物学研究和药物开发效率。针对这一挑战，国内某研究团队在《Biomacromolecules》发表了一项突破性研究，通过创新性地设计双动态共价交联聚甘油水凝胶，为肿瘤球体培养提供了理想的仿生基质。

研究团队采用硼酸酯键（boronate bond）和希夫碱（Schiff-base）双重动态化学交联策略，以线性聚甘油-co-聚烯丙基缩水甘油醚（lPG-AGE）和超支化聚甘油（hbPG）为骨架材料。通过紫外辅助硫醇-烯点击反应引入胺基，再与不同氟取代苯硼酸偶联制备功能化lPG；同时利用NaIO₄氧化hbPG的邻二醇生成醛基。关键实验技术包括：核磁共振（¹H NMR）表征聚合物结构、流变学测试评估水凝胶力学性能、剪切稀化和自修复实验验证动态特性，以及多细胞系（HeLa-GFP/A549/HT-29等）3D培养验证生物相容性。

【合成水凝胶前体】
通过精确控制lPG-AGE的烯丙基数量和hbPG氧化度，实现了材料功能的模块化设计。核磁共振证实苯硼酸（含1-2个氟原子）成功接枝，氧化hbPG的醛基转化率达83.13±4.30%，为双重交联奠定基础。

【水凝胶形成与力学性能】
流变测试显示，单独硼酸酯键交联体系呈液态（G″>G′），而引入希夫碱后形成固态网络（G′提升2个数量级）。含2-氟苯硼酸的lPG-10Bor-1F与hbPG-CHO-20组合表现最优，其存储模量G′随氧化度增加而升高，证实交联密度可控。

【剪切稀化与自修复特性】
动态共价键赋予水凝胶显著剪切稀化行为——在200%高应变下网络解体，恢复1%应变后G′完全复原。宏观实验显示切割后的水凝胶24小时内自主愈合，这种特性支持细胞微环境重塑。

【长期稳定性】
在DMEM中浸泡40天后，水凝胶仍保持50%初始G′，溶胀率仅35%，远低于传统水凝胶。疏水性亚胺键的形成和双网络协同效应是抗溶胀的关键。

【肿瘤球体培养应用】
在5wt% lPG-10Bor-1F/1.25wt% hbPG-CHO-20水凝胶中，所有测试细胞系（包括难培养的SK-BR-3）7天内均形成直径约70μm的球体。共聚焦显微显示球体具有致密核心和完整actin骨架，4周长期培养仍维持>90%存活率。值得注意的是，不同硬度水凝胶（0.5-2kPa）对最终球体尺寸无显著影响，证实动态键允许细胞自主调节微环境。

这项研究开创性地将双动态共价化学引入聚甘油体系，解决了传统材料“稳定性-可重塑性”难以兼顾的矛盾。硼酸酯键的快速重组与希夫碱的pH响应性形成互补，既模拟了细胞外基质（ECM）的粘弹性，又通过N→B配位键稳定了网络结构。该平台不仅适用于肿瘤研究，其低溶胀特性和模块化设计理念为器官芯片、再生医学等领域提供了新思路。特别值得注意的是，材料完全采用合成聚合物，避免了动物源成分的伦理和批次问题，符合临床转化要求。未来通过整合生长因子控释等功能，有望进一步发展为人源化肿瘤模型构建的标准化工具。