《Bioactive Materials》：Water-responsive injectable hydrogel achieving rapid in situ gelation and long-term colonic mucoadhesion for efficient fecal microbiota transplantation
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肠道菌群失调是多种疾病的关键因素，然而目前的粪菌（fecal microbiota, FM）移植疗法因恶劣的胃内环境或肠道蠕动导致的快速清除，存在保留率差和定植不一致的问题。在此，研究人员报道了一种硫酯预交联、低黏度的可注射溶胶（Alg-NHS@αLA），其通
肠道菌群失调是多种疾病的关键因素，然而目前的粪菌（fecal microbiota, FM）移植疗法因恶劣的胃内环境或肠道蠕动导致的快速清除，存在保留率差和定植不一致的问题。在此，研究人员报道了一种硫酯预交联、低黏度的可注射溶胶（Alg-NHS@αLA），其通过将α-硫辛酸（αLA）与N-羟基琥珀酰亚胺酯修饰的海藻酸钠（Alg-NHS）在生物相容性聚乙二醇溶剂中直接混合而成。该制剂保持可流动性，适用于微创经肛门给药。关键的是，当接触到湿润的结肠黏膜时，组织来源的水触发αLA的快速开环聚合，诱导原位溶胶-凝胶转变，形成坚固的水凝胶网络。同时，丰富的羧基和未反应的NHS酯与黏膜表面形成强氢键和共价连接，实现了传统可注射材料无法达到的坚固且持久的湿性黏附。更重要的是，该水凝胶利用持续的黏液分泌促进共形包覆，实现了超过72小时的优异长期滞留，同时保持所载微生物的活力。该平台的转化潜力已通过猪模型中的成功内镜递送得到验证。通过整合快速水触发凝胶化与坚固的黏膜黏附，该Alg-NHS@αLA/FM系统显著增强了小鼠结肠炎模型中的FM移植疗效，为基于结肠微生物组的治疗提供了一种有前景的策略。
肠道菌群失调是多种疾病的重要驱动因素，粪菌（fecal microbiota, FM）移植在临床上具有广阔前景，但口服途径会使菌群经受胃内恶劣环境而大量失活，经直肠输注又易被肠蠕动快速清除，难以在结肠黏膜上实现持久定植。现有可注射水凝胶虽能实现微创给药，却普遍受限于湿态黏膜表面的界面水层，且常将不断分泌的黏液视为需要穿透或清除的屏障，无法同时满足快速原位凝胶化与长期黏膜黏附。针对这一瓶颈，研究人员开发了一种水响应性可注射水凝胶体系（Alg-NHS@αLA），论文发表在《Bioactive Materials》上。该研究通过将α-硫辛酸（αLA）与N-羟基琥珀酰亚胺酯修饰的海藻酸钠（Alg-NHS）在聚乙二醇300溶剂中直接混合，制得低黏度溶胶；接触结肠湿黏膜后，组织来源的水触发αLA开环聚合，快速形成凝胶，并通过氢键和共价连接实现强韧湿黏附。该体系可负载FM，在猪模型中验证了内镜递送可行性，并在葡聚糖硫酸钠（dextran sulfate sodium, DSS）诱导的结肠炎小鼠模型中显著增强FM移植疗效，为结肠微生物组治疗提供了新策略。
关键方法包括：利用傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜表征材料结构与交联机制；通过振荡流变学评价水触发溶胶-凝胶转变与力学性能；采用猪结肠组织及模拟结肠液（simulated colonic fluid, SCF）进行搭接剪切黏附测试，并建立模拟黏液分泌和肠腔冲刷的体外模型评价动态稳定性；以小鼠粪便分离的FM为递送对象，利用Cy5.5荧光标记活体成像评价体内滞留；采用DSS诱导结肠炎小鼠模型进行疗效评价；通过猪模型内镜下注射验证临床转化可行性；运用16S rRNA基因扩增子测序和短链脂肪酸定量分析肠道菌群重建。
2.1 水触发Alg-NHS@αLA的制备与交联机理：流变学证明接触水后储能模量迅速超过损耗模量，发生溶胶-凝胶转变；拉曼光谱证实αLA二硫键开环，X射线光电子能谱证实硫酯键形成，扫描电镜显示多孔网络结构，证明水触发原位凝胶化形成稳定的化学交联网络。
2.2 湿组织黏附与动态稳定性：搭接剪切实验显示，在模拟结肠液中2 h黏附强度为31.3±4.6 kPa，5 h升至72.9±5.6 kPa，10 h仍保持39.4±3.1 kPa；体外分泌-冲刷模型和12 h动态冲洗实验证明其可在持续黏液分泌和肠腔冲刷下稳定滞留，且在37°C SCF中浸泡168 h仍保持形态，具有较强抗动态冲洗能力。
2.3 细胞相容性、菌群递送与抗氧化性能：活/死染色和CCK-8结果说明水凝胶细胞相容性良好；FM经冻干保存后菌落形成单元保持为冻干前的95.1%，水凝胶对FM包封率为75.8%±3.7%，且呈现平稳可控的微生物释放动力学；DPPH实验和H
2O
2损伤模型证明水凝胶具有持续抗氧化活性，可保护载荷细菌及NCM460细胞免受氧化应激。
2.4 FM体内肠道滞留：与游离FM和αLA/FM组相比，Alg-NHS@αLA/FM组经肛门给药后24、48、72 h的活体荧光信号更强，48 h结肠离体成像和免疫荧光显示Cy5.5标记细菌大量锚定于Muc2阳性黏液层，证明该水凝胶可显著延长FM在结肠的保留时间。
2.5 可注射性与猪模型即时肠道黏附：在麻醉猪结肠内进行内镜注射，游离FM悬液几乎立即被冲洗清除，而Alg-NHS@αLA/FM水凝胶在接触肠壁后原位锚定，并能抵抗内镜冲洗和动态生理条件，证明其具备体内即时黏附和临床转化潜力。
2.6 DSS诱导结肠炎的治疗效果：与PBS、Alg-NHS@αLA、FM和5-氨基水杨酸（5-ASA）组相比，Alg-NHS@αLA/FM组小鼠体重下降最少、疾病活动指数（disease activity index, DAI）最低、结肠缩短最轻；血清肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）和白细胞介素-6（IL-6）显著降低，抗炎因子白细胞介素-10（IL-10）升高，表明该联合治疗可有效缓解结肠炎症。
2.7 组织学改善与免疫调节：苏木精-伊红染色显示Alg-NHS@αLA/FM组肠上皮结构保存最完整，阿尔辛蓝染色显示黏液层厚度和杯状细胞数量显著恢复；闭锁小带蛋白-1（ZO-1）表达增强、血清脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）水平下降，说明黏膜屏障功能修复；巨噬细胞标志物诱导型一氧化氮合酶（iNOS）降低、CD206升高，表明巨噬细胞向抗炎M2表型极化。
2.8 肠道微生物生态恢复：16S rRNA基因扩增子测序显示Alg-NHS@αLA/FM组α多样性显著升高，β多样性接近健康对照组；门水平上 Pseudomonadota 相对丰度降低、Bacteroidota 升高；属水平上致病菌 Escherichia-Shigella 减少，有益菌 Lactobacillus 和 Acutalibacter 增加；粪便中丙酸、丁酸和戊酸浓度在干预组中最高，提示肠道微生态向健康状态重建。
讨论与结论：该体系通过利用黏液分泌而非对抗黏液，解决了可注射性与强湿黏附之间的长期权衡；即使在DSS结肠炎病变结肠中，组织水化和炎症相关渗出液也足以触发水凝胶原位锚定。综上所述，研究人员成功开发了一种整合水触发共价交联、强组织黏附和微生物相容性工程的水凝胶体系（Alg-NHS@αLA），用于结肠菌群递送和结肠炎联合治疗。该系统利用黏液机制解决了可注射性与强湿黏附之间的矛盾，在动态且富含黏液的结肠环境中实现超过72 h的长期滞留；负载FM后可保护细菌活力并实现持续释放。猪模型内镜注射验证了其原位保留和界面黏附能力；DSS结肠炎模型中，该水凝胶通过减轻炎症、修复肠道屏障、重编程巨噬细胞向M2型极化、重建健康肠道微生态，展现出优越疗效。该工作不仅为结肠微生物组治疗提供了先进平台，也为设计适应天然黏膜环境的湿黏附水凝胶提供了通用范式。
