《International Journal of Nanomedicine》：Construction of Smart Hydrogel–Exosome Drug Delivery Platforms and Their Applications in Skin Rehabilitation
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皮肤修复是一个高度协调的过程，涉及一系列细胞和分子事件，最终恢复受损组织的完整性和功能，然而该级联反应经常被感染、氧化应激和炎症所破坏。精确且可控的药物递送是提高皮肤修复疗效和减少全身副作用的关键。尽管外泌体作为天然药物载体具有低免疫原性和优异的生物相容性，但
皮肤修复是一个高度协调的过程，涉及一系列细胞和分子事件，最终恢复受损组织的完整性和功能，然而该级联反应经常被感染、氧化应激和炎症所破坏。精确且可控的药物递送是提高皮肤修复疗效和减少全身副作用的关键。尽管外泌体作为天然药物载体具有低免疫原性和优异的生物相容性，但它们仍面临体内快速清除和靶向能力不足等挑战。智能水凝胶凭借其三维聚合物网络结构和刺激响应特性（如pH、活性氧系统（ROS）和葡萄糖），不仅可以作为外泌体的“储库”，还可以充当其“智能开关”。因此，智能水凝胶-外泌体平台能够通过实现局部、持续、靶向和可控的药物释放来增强皮肤修复的疗效。令人振奋的是，通过降低继发感染风险、实现响应性炎症调节以及防止与频繁更换敷料相关的组织损伤，该系统解决了传统疗法（包括外用制剂、伤口敷料、皮损内注射和皮肤移植）的关键局限性。本文综述了这些智能水凝胶-外泌体药物递送平台的构建，重点关注外泌体的来源、分离和载药策略，以及智能水凝胶的响应机制和制备策略。文章还总结了该系统在皮肤修复中的机制和最新进展。最后，本文展望了该领域面临的挑战和未来方向，旨在为皮肤的精准治疗提供新策略。因子
引言
皮肤是人体最大的器官，极易受到紫外线辐射、病原体感染和糖尿病等各种内外部因素的损伤，并引发皮肤感染、氧化应激和炎症。有效的皮肤修复代表了迫切的临床需求。在当前的疗法中，常规药物递送存在愈合率低、频繁更换敷料造成二次损伤、瘢痕增生发生率高等问题。外泌体作为细胞分泌的天然纳米级细胞外囊泡（30–200 nm），在药物递送方面具有内在优势。外泌体的生物发生始于早期内体膜的内陷，随后发展为多泡体（MVBs），当MVBs与细胞膜融合时，外泌体被释放。外泌体具有生物相容性，具备携带亲水性药物和难溶性小分子药物的结构能力。然而，外泌体在体内的半衰期短、清除快，难以在靶部位积聚。水凝胶是由天然或合成聚合物交联形成的三维网络结构，可吸收大量水分并保持半固体形态。当被设计为响应炎症信号（如pH、温度、ROS和酶）时，它们被称为“智能水凝胶”，能够实现靶向刺激触发释放。将外泌体纳入水凝胶可保持或增强封装蛋白质和微RNA的稳定性。随着水凝胶网络的逐渐降解，外泌体通过长期扩散释放，从而将快速浓注引起的药物浓度波动带来的潜在不良反应降至最低。
外泌体及其作为药物载体的基本原理
分泌为纳米级囊泡的外泌体含有多种生物分子。作为细胞间通讯的介质，外泌体将化学活性载荷递送至靶细胞，转移内容物和表面蛋白。由于其磷脂双分子层结构类似于细胞膜，因此引发的免疫反应相对较低。其脂质双层膜还能保护内部药物免受血液酶促降解。同时，外泌体的纳米级尺寸允许其跨越紧密调节的生物屏障。此外，外泌体可同时携带和保护多种治疗药物，在递送多种药物和治疗分子方面具有独特优势。
用于药物递送的外泌体来源
用于药物递送的外泌体来源广泛，主要包括以下几类：一是植物源囊泡/外泌体样纳米囊泡，因其高生物相容性、免疫调节等作用而备受关注。二是体外细胞培养来源，大规模体外细胞培养是目前最主流的策略。其中，干细胞衍生外泌体通过转移mRNA、miRNA和蛋白质等成分调节细胞间通讯，其免疫原性极低且具备固有归巢能力；免疫细胞衍生外泌体可继承亲本细胞的免疫调节功能；组织功能细胞衍生外泌体则应用于特定靶点。三是工程化/仿生来源，研究人员开发了工程化策略以克服天然外泌体的局限性，如通过基因工程使母细胞分泌的外泌体表面展示特定靶向肽，物理挤压或超声法将细胞膜重组为纳米囊泡，以及通过融合形成混合外泌体/仿生囊泡以提升产量和载药能力。
外泌体的分离方法
目前用作药物递送系统的外泌体主要分离方法包括：超速离心（差速离心和密度梯度离心）、基于尺寸的方法（超滤、体积排阻色谱和微流控过滤）以及免疫亲和捕获。超速离心技术应用广泛，密度梯度离心可产生高纯度外泌体；体积排阻色谱能较好保持外泌体的完整性和功能；免疫亲和捕获则具有高特异性和纯度。
外泌体的载药方法
将药物载入外泌体的策略根据时间顺序分为分离前和分离后。分离前策略包括与供体细胞共孵育以及基因工程/转染。分离后策略包括共孵育/被动载药、电穿孔、超声和挤压。策略的选择主要取决于药物的理化性质和治疗需求。
外泌体的内化
靶细胞通过网格蛋白介导的内吞、脂筏相关内化、巨胞饮、吞噬、小窝蛋白介导的内吞和膜融合等多种途径内化外泌体。网格蛋白和小窝蛋白介导的内吞是主要机制，而膜融合能够将外泌体内容物直接释放到细胞质中。
智能水凝胶设计的基本原理
将外泌体封装在水凝胶中可有效限制其布朗运动，确保其保留。智能水凝胶通过整合化学官能团和生物活性识别组件，能够响应病变微环境中的特定信号，发生物理或化学性质的可逆宏观变化，实现按需释放。
其成分元素包括提供主要结构框架和机械性能的聚合物主链，以及天然聚合物、合成聚合物、蛋白质基材料和DNA水凝胶等。通过调节聚合物交联密度、特定官能团的接枝密度以及降解速率，可实现对药物负载能力和释放动力学的控制，以及对细胞黏附和增殖等关键生物学行为的精确控制。
智能响应机制包括：温度响应性利用聚合物网络与溶剂之间依赖于温度的相互作用引发可逆相变；pH响应性利用生物微环境中的pH差异，通过引入可离子化基团或酸敏感的动态键实现靶向递送；光响应性通过光异构化或光降解调控水凝胶性质；葡萄糖响应性通过葡萄糖氧化酶或苯硼酸（PBA）等应对高糖环境；ROS响应性通过ROS敏感化学基团在降解时释放载荷并消耗ROS；磁场/电场响应性利用外部刺激触发网络形变或增强细胞分化；抗原-抗体响应性依赖高度特异的分子识别；酶响应性通过特定酶浓度的刺激动态调节释放动力学。此外，双响应水凝胶也得到发展。
制备策略
水凝胶制备旨在构建稳定的三维网络。物理交联方法通过非共价相互作用形成网络，条件温和且可逆，包括离子交联、氢键或结晶域交联、冻融法及热诱导相分离，但其负载能力和效率相对有限。化学交联方法通过化学交联剂与特定官能团反应形成网络，可精确调节交联密度和孔径，包括自由基聚合、席夫碱反应、酰胺化反应、光交联、点击化学和酶催化交联，虽能更好控制释放，但反应条件较高且存在潜在细胞毒性风险。
负载外泌体的水凝胶
外泌体的负载策略已从简单的物理封装演变为通过化学或物理方法进行主动锚定。物理封装方法依赖非共价的物理手段将外泌体捕获在三维多孔网络中，包括静电相互作用、自组装、疏水相互作用和氢键相互作用，虽条件温和但长期缓释难度较大。化学方法利用共价键、亲和作用等将外泌体牢固锚定在水凝胶框架上，可实现超长期稳定释放，包括表面功能化、苯硼酸酯交联、衍生肽结合和共价锚定。
智能水凝胶-外泌体系统在皮肤修复中的治疗机制与应用
当皮肤受损时，愈合过程面临感染、炎症失调等挑战，智能水凝胶-外泌体系统能够响应信号分阶段释放治疗成分。
治疗原理包括：一是维持湿润愈合环境并提供物理屏障，吸收水分并防止形成干痂，隔离细菌并减少炎症介质的痛觉激活；二是调节伤口微环境，通过抗氧化成分直接清除ROS并释放抗氧化分子，重塑受损环境；三是促进细胞迁移、增殖和组织再生，通过持续递送活性信号激活相关信号通路；四是调节胶原蛋白沉积和伤口重塑，通过外泌体携带的生物信息促进胶原合成，调控TGF-β/Smad等通路抑制纤维化。
在皮肤修复中的应用包括：一是伤口敷料，顺应不规则创面，保持湿润并持续释放生物活性物质；二是治疗烧伤和辐射引起的皮肤损伤，形成覆盖层快速降温，抑制细胞凋亡和氧化应激；三是治疗糖尿病足溃疡，应对慢性难治性创面，同步实现抗菌、免疫调节和促进组织再生；四是皮肤老化和光老化中的应用，通过抗氧化、保湿和促进胶原重塑改善皮肤质量；五是治疗炎症性皮肤病，通过刺激响应释放提高局部治疗精度，调节免疫细胞亚群并修复皮肤屏障。
挑战与未来展望
尽管智能水凝胶-外泌体系统在皮肤修复领域实现了智能化和多靶点协同，但其向临床应用的过渡仍面临科学和技术挑战。在外泌体制备方面，细胞分泌产物的产量有限，分离过程存在回收率低、纯度不足、耗时且难以规模化等问题。不同批次和来源的外泌体差异影响治疗一致性，载药效率依然偏低，且体内分布和代谢途径尚未完全阐明，存在潜在安全性风险。在系统构建方面，物理吸附效率低而化学交联可能影响外泌体生物活性，凝胶化过程可能对其活性产生不利影响。同时，需平衡机械强度、降解速率与释药同步性，多响应系统的体内精准度难以保证。
未来的突破方向包括开发三维生物反应器等大规模生产技术，工程化改造外泌体以展示靶向配体，建立国际公认的表征和效价评估系统，开发适用于复杂环境的多功能响应和自愈合水凝胶系统，以及利用3D打印技术实现定制化修复。此外，该领域正向诊疗一体化和自调节的“检测-响应-治疗”闭环方向发展。"}’'’'
