英文原题：Hydrogel Applications in the Diagnosis and Treatment of Glioblastoma
作者：Shuaimei Zhang, Renming Zhong, Muhammad Rizwan Younis, Hualong He, Hong Xu, Gaocan Li, Ruiyan Yang, Su Lui, Yunbing Wang, Min Wu*
背景介绍
胶质母细胞瘤（glioblastoma multiform，GBM）是一种侵袭性强、异质性高的中枢神经系统恶性肿瘤，其诊断和治疗面临多重挑战，包括边界不清的肿瘤浸润性生长和血脑屏障（blood–brain barrier，BBB）对诊疗的阻碍，导致复发率居高不下。水凝胶因其良好的生物相容性、可调的机械性能、优异的渗透性及药物运载能力，作为一种新型的多功能生物材料，在GBM治疗药物递送、影像增强及体外肿瘤模型构建等提供了显著的诊疗策略。作为药物载体，水凝胶能够直接将药物精准递送至GBM肿瘤区域，并通过智能调控的释放机制，依据肿瘤微环境的动态变化灵活调节药物释放，实现个性化的精准治疗（图1）。此外，当负载磁共振成像造影剂时，水凝胶还能有效增强造影剂的弛豫性能，提高GBM病灶的对比度和分辨率。由此可见，水凝胶在GBM的诊断与治疗方面拥有着广泛的应用前景，有望显著提升GBM患者的诊断准确率，并改善其预后情况，实现诊疗一体化。
图1. 水凝胶分类及在GBM诊疗的应用。
文章亮点
近期，四川大学华西医院吴敏研究团队通过系统调研，总结了水凝胶应用于胶质母细胞瘤诊疗的研究进展。文中重点阐述了不同类型水凝胶的特点，以及近年来水凝胶在 GBM 诊疗方面的应用情况，包括从作为新型细胞培养平台到高效药物递送系统等方面。在体外GBM模型中，水凝胶因优良的生物相容性和可调控的物理化学性质，被开发成理想的 3D 细胞培养模型，更好地模拟细胞间及细胞与基质间的相互作用。这些模型不仅有助于研究GBM 细胞侵袭性及药物敏感性，还支持个体化药物筛选和治疗策略开发。同时，水凝胶作为药物（含成像造影剂）的递送载体，可通过局部注射或腔内植入，将抗肿瘤药物直接递送至肿瘤部位。其独特的精准缓释性能延长了药物的作用时间、提高治疗效果、降低全身毒副作用。此外，水凝胶还可结合光热、光动力或磁热疗法，进一步提升治疗效果（图 2）。水凝胶也作为影像对比剂载体，显著增强了MRI等影像学的分辨率，同时具备良好的生物降解性和脑肿瘤靶向性，为肿瘤边界的精准定位提供了新工具，有望实现诊疗一体化。此外，该团队深入探究了药物在水凝胶中释放的复杂机制，主要包括扩散、溶胀和降解三种模式，这一机制与药物的生物利用度和治疗效率直接相关。通过剖析影响药物释放速率的多种因素，如水凝胶的化学交联强度、孔隙率以及外部刺激（如 pH 值变化、温度调节）等，为优化药物可控缓释、精准递送策略提供了科学依据。最后，为保证水凝胶负载药物的活性与治疗效果，该综述还探讨了监测负载水凝胶药物活性的方法，为精准评估药物疗效、及时调整治疗方案提供了有力支撑。
图2. 不同类型水凝胶在GBM治疗中的应用
总结/展望
该综述系统性地探讨了水凝胶在GBM诊疗中的研究进展，并为后续相关领域的进一步研究提供了理论依据。然而，目前水凝胶在药物控释应用中仍面临诸多挑战，如药物释放速率的可控制不足、潜在的药物泄露等问题，这些局限可能导致疗效的波动或药物利用效率的降低。此外，为了确保长期的生物相容性，水凝胶必须具备可生物降解性，并能在治疗结束后安全移除，以避免引发慢性炎症反应或毒性蓄积。未来的研究应着眼于以下关键方向：（1）优化水凝胶的材料配方和制备工艺，以增强其机械性能、稳定性和响应性；（2）开发更高精度的药物释放控制技术，确保药物释放速率的稳定性和治疗剂量的精确性；（3）开展大规模的临床前和临床研究，以全面评估水凝胶的疗效和安全性；（4）探索多功能水凝胶的潜力，如整合药物递送、免疫调控和影像增强功能，以实现诊疗一体化。此外，也可以利用生物信息学与人工智能技术进行个性化设计，开发针对患者特异性需求的水凝胶。
第一作者简介
张帅梅 研究生
张帅梅，四川大学华西医院放射科学术型硕士研究生。从事水凝胶在胶质母细胞瘤诊疗一体化中的应用研究，师从四川大学华西医院放射科吴敏副研究员。
钟仁明 博士
钟仁明，四川大学华西医院放射物理技术中心书记/副主任，博士、正高、硕士研究生导师。四川省海外高层次留学归国人员、四川省卫生健康英才计划临床技能名师、美国斯坦福大学访问学者、四川省学术和技术带头人后备人选、成都医学会医疗事故技术鉴定专家。从事肿瘤放射治疗20余年，通过对图像引导放射治疗（IGRT）、立体定向放射治疗（SBRT）、放射治疗中的呼吸运动管理、自适应放射治疗（IGART）、放射治疗质量管理（QM、QA、QC）、3D 打印技术、质子与重离子治疗技术等进行研究，提高放疗的精准性、减少放疗相关毒副作用，最终提高患者生存时间及生活质量。发表国际国内学术论文100余篇；负责、参与省部级项目13项、指导大学生创新训练国家级、省级、校级项目共15项、互联网+项目1项；《揭秘放疗》主编；作为副主编参与国家规划教材编写2部；编委参编教材1部；获2023四川省优秀科普奖一等奖。
通讯作者简介
吴敏 博导
吴敏，四川大学华西医院影像学中心副主任，副研究员，博导、博士后合作导师、四川省杰出青年科技人才、四川省学术和技术带头人后备人选、“天府青城计划”天府科技菁英人才、四川省“卫生健康英才计划”中青年骨干人才、四川省海外高层次留学人才(美国斯坦福大学高级访问学者)。2011年开始在四川大学华西医院致力于开发靶向性强、稳定性好的分子探针，有助于病灶早诊断，将大幅提高病患生存率，降低社会医疗负担。本人在分子探针研发取得了系列的开拓性研究成果，第一/通讯作者高水平期刊发表论文60余篇。担任中放分子影像学组副组长、Frontiers in oncology副主编、多个杂志编委等学术任职。主持含国家自然基金在内的科研项目十五项，第一申请人获得中国发明专利授权四项，第二申请人获得实用新型专利授权一项，第一申请人申请国际专利已公开实审。2017 年获得中华医学科技奖一等奖。
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ACS Appl.Mater.Interfaces 2024, ASAP
Publication Date: October 4, 2024
https://doi.org/10.1021/acsami.4c11855
Copyright © 2024 American Chemical Society
Editor-in-Chief
Xing Yi Ling
Nanyang Technological University
Deputy Editor
Peter Müller-Buschbaum
Technische Universität München
ACS Applied Materials & Interfaces为化学家、工程师、物理学家和生物学家等的跨学科领域提供服务，重点探索如何具体应用开发新材料和研究界面过程
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