基于半乳甘露聚糖和海藻酸钠的pH敏感磁性生物纳米复合水凝胶用于结直肠癌靶向给药系统的绿色合成与表征

为解决传统化疗药物在结直肠癌(CRC)治疗中存在的靶向性差、副作用大等问题，研究人员开发了一种基于半乳甘露聚糖(GM)和海藻酸钠(SA)的pH敏感磁性生物纳米复合水凝胶(GM-SA/Fe3 O4 @CuO@CQD)。该载体通过绿色合成方法将Fe3 O4 磁性纳米颗粒(MNPs)与茶源碳量子点(CQDs)、橙皮提取物(OPE)功能化CuO纳米颗粒结合，实现了pH响应性药物释放(酸性环境释放<14%，中性环境>88%)，并展现出显著抗菌(对金黄色葡萄球菌抑制率>99%)、抗氧化(IC50=2.1 mg/mL)和抗癌活性，为CRC靶向治疗提供了新策略。

　　

在结直肠癌治疗领域，传统化疗犹如一场"无差别轰炸"——强效的抗癌药物在杀伤肿瘤细胞的同时，往往对健康组织造成严重损伤。这种治疗困境的核心在于缺乏精准的"制导系统"，使得药物无法选择性富集在肿瘤部位。更棘手的是，结直肠特殊的生理环境（从强酸性胃部到中性肠道）对药物载体提出了严苛要求。面对这些挑战，研究人员将目光投向了智能响应型水凝胶这一前沿领域。

来自中国的研究团队在《Journal of Science: Advanced Materials and Devices》发表了一项突破性研究。他们创新性地将天然多糖半乳甘露聚糖(GM)与海藻酸钠(SA)复合，通过绿色合成方法整合了三种功能纳米材料：磁性Fe₃
O₄
纳米颗粒(MNPs)、橙皮提取物(OPE)还原的氧化铜纳米颗粒(CuO NPs)和茶源碳量子点(CQDs)，构建出具有多重响应功能的"智能"给药系统。这项研究不仅解决了传统化疗的靶向难题，还赋予载体抗菌、抗氧化等附加治疗功能。

研究团队采用了一系列关键技术：通过化学共沉淀法制备Fe₃
O₄
MNPs，利用植物提取物绿色合成CuO NPs和CQDs，采用离子交联法制备复合水凝胶；通过FTIR、XRD、SEM等技术表征材料特性；模拟胃肠道环境进行pH依赖性溶胀和药物释放测试；采用MTT法评估对HT-29结直肠癌细胞的毒性；通过CFU计数法和DPPH自由基清除实验分别检测抗菌和抗氧化活性。

【材料表征】
FTIR和XRD分析证实了各组分的成功整合，Fe₃
O₄
在2θ=35.62°显示特征峰，CuO NPs在22.81°和35.28°出现典型衍射峰。SEM显示CQDs呈均匀球形(14 nm)，而载药后水凝胶表面粗糙度显著增加，EDX图谱证实Fe、Cu等元素均匀分布。VSM测试显示复合水凝胶保持4.23 emu g^-1
的饱和磁化强度，具备磁靶向潜力。

【智能释药性能】
水凝胶在pH 7.4时溶胀率高达1554%，而在pH 1.2仅轻微膨胀。相应的，阿霉素(DOX)在72小时内的释放呈现显著pH依赖性：pH 1.2仅释放13.85%，pH 7.4时达86.77%。Peppas模型拟合最佳(R²
=0.938)，表明释放机制为非Fickian扩散。载药效率高达97%，归因于聚合物羧基与DOX的静电作用及π-π堆积效应。

【生物活性】
抗菌测试显示，该载体对革兰阳性菌(金黄色葡萄球菌)抑制率达99.34±0.06%，显著优于单独OPE。DPPH自由基清除实验测得IC50为2.1 mg/mL，证实其抗氧化能力。MTT实验显示，DOX载药系统的IC50(128 μg/mL)高于游离DOX(64 μg/mL)，表明其可实现缓释增效，而空白载体显示良好生物相容性。

这项研究成功构建了一种多功能集成化给药平台，其创新性体现在三个方面：首先，通过GM/SA天然多糖基质的pH响应特性，实现了结直肠部位的精准释药；其次，磁性Fe₃
O₄
与功能化纳米颗粒(CuO@CQD)的协同作用，赋予载体磁靶向、抗菌和抗氧化等多重治疗功能；最后，全绿色合成路线显著提高了材料的生物相容性和临床转化潜力。该技术为克服传统化疗的局限性提供了新思路，特别是其"按需释药"特性可大幅降低系统毒性，而内置的抗菌功能更能应对肿瘤微环境中的细菌感染风险。未来研究可进一步探索该载体在动物模型中的靶向效率和抗肿瘤效果，推动其向临床应用转化。