生物聚合物增强型PVA水凝胶用于DNA递送：结构功能特性与基因治疗应用研究

本研究针对传统基因递送系统载体材料性能不足的问题，通过将壳聚糖(CHI)、聚乙二醇(PEG)和聚乳酸(PLA)整合到聚乙烯醇(PVA)水凝胶中，系统表征了复合水凝胶的溶胀行为、流变特性和DNA控释性能。研究发现PVA-CHI体系展现出最优的结构内聚力与最高DNA累积释放量(36%)，其释放动力学符合伪二级模型，为组织工程和基因治疗提供了可调控的载体平台。

　　

在生物医学领域，开发高效安全的基因递送载体始终是重大挑战。传统病毒载体存在免疫原性风险，而合成材料往往面临载量低、释放不可控等问题。水凝胶因其三维网络结构和可调的理化性质成为理想候选，但单一组分水凝胶难以兼顾机械强度、生物相容性和控释性能。如何通过聚合物复合策略构建多功能水凝胶载体，成为突破基因治疗技术瓶颈的关键。

研究人员通过创新性地将三种功能聚合物整合到PVA基体中：阳离子多糖壳聚糖(CHI)可增强DNA结合能力，亲水性聚乙二醇(PEG)改善溶胀特性，而疏水性聚乳酸(PLA)则调控降解速率。研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实聚合物成功复合，通过流变仪测定储能模量(G′)和损耗模量(G″)，结合扫描电镜(SEM)观察微观形貌，并建立体外PBS释放模型评估DNA递送效率。

在结构表征部分，FTIR分析显示PVA-CHI在3300 cm^-1处出现显著羟基峰位移，证实了聚合物间氢键作用。溶胀实验表明PVA-CHI在pH 5.15时溶胀比达4.2，归因于壳聚糖氨基质子化增强的亲水性。流变学测试揭示所有水凝胶均呈现典型粘弹性固体特征，其中PVA-CHI的G′值最高(12,428 Pa·s)，表明其具有最优的网络稳定性。

机械性能测试显示聚合物改性显著影响材料特性：PVA-PLA表现出最高拉伸强度(0.0678 N/mm²)，而PVA-PEG则保持最佳延展性。DNA释放动力学研究发现，尽管所有体系72小时累积释放量均低于40%，但PVA-CHI-DNA的释放量(36%)显著高于其他组，其释放过程符合伪二级动力学模型，暗示存在DNA与基质的静电相互作用。

这项发表于《Next Materials》的研究具有多重创新价值：首次系统比较了三种聚合物对PVA水凝胶性能的差异化影响，证实CHI的引入既能增强机械强度又促进DNA释放。研究建立的"聚合物特性-网络结构-递送效能"关联模型，为设计下一代基因载体提供了理论框架。特别是发现低pH环境可激活CHI的氨基质子化，这为开发pH响应型智能递送系统开辟了新思路。未来通过优化冻融循环参数和交联密度，有望进一步提升该类材料的临床转化潜力。