编辑推荐︱基于细胞捕获和释放的刺激响应型多功能核酸水凝胶

基于核酸的可编程性、功能多样性和生物相容性，核酸水凝胶的合成及其在生物医学中的应用潜力，吸引了许多研究人员的关注。核酸水凝胶是一种由核酸参与形成的三维网状聚合物材料，因为其保留了核酸原有的生物性能与自身骨架的机械性能，使其成为近年来最受关注的新兴功能高分子材料之一。核酸水凝胶可分为DNA水凝胶和RNA水凝胶两类。其中，RNA水凝胶的稳定性较差，制备过程较复杂，以致阻碍了现阶段它的广泛应用。而作为生物体重要的遗传信息载体，DNA不仅具有结构多样性和生物相容性，且稳定性相对较高。近年来，随着纳米技术和生物技术的快速发展，DNA被认为是构建从纳米尺度到本体尺度的人工结构中最有前途的材料之一。根据核酸水凝胶的组成不同，将其分成两类：纯核酸水凝胶和聚合物－核酸杂化水凝胶。此外，核酸水凝胶具有良好的亲水性，在水中具有可逆的溶胀或消胀能力，即可以在凝胶和溶液状态之间相互转变。另一方面，核酸水凝胶能够实现可控的刺激响应，可以在外界物理或化学刺激下发生体积和形状的改变。

基于核酸水凝胶的高生物相容性和刺激响应形变特性，越来越多的研究将其应用于细胞的捕获和释放。一方面，核酸水凝胶的制备方法较温和，对细胞无明显损伤，有助于保护细胞的生理功能和结构的完整性。另一方面，通过调整水凝胶的成分、结构与细胞的负载方式，可以满足不同应用的要求。更重要的是，核酸水凝胶具有高特异性和高灵敏度的识别能力，使得其在应用方面具有精确的目标识别和定位能力，可将生物分子或细胞表面的信号转化为可以被检测到的信号（如荧光）。而且，核酸水凝胶还可以作为药物载体，以复合物的形式靶向特定的组织或细胞，从而实现药物的精准递送与释放。核酸水凝胶还可以捕获一些免疫细胞或干细胞，在细胞层面达到治疗的目的。以上这些优势使得核酸水凝胶在生物传感与成像、药物递送和细胞治疗方面应用广泛。

基于此，本文综述了刺激响应型核酸水凝胶基于细胞捕获和释放应用的研究进展。首先总结了纯核酸水凝胶和聚合物-核酸杂化水凝胶的制备方法，并综述了核酸水凝胶在不同外界刺激（如pH、光、温度、化学触发等）下所发生的形态变化，为功能性核酸水凝胶的设计提供了更多理论依据。然后，本文重点总结了刺激响应型核酸水凝胶基于细胞捕获和释放方面的应用，包括生物传感与细胞成像、药物递送以及细胞治疗，为核酸水凝胶在生物医学方向等领域的未来发展提供思路。

纯DNA水凝胶是一种完全由脱氧核糖核苷酸链组成的水凝胶，它们通常是借助氢键、物理缠结或链之间的酶促反应形成的。2006年，首次有研究团队报道了纯DNA水凝胶的成功合成，该研究团队设计了X形、Y形和T形3种类型支链 DNA单体（如图1A）。由于这些DNA分子都具有互补的黏性末端，因此，它们可以借助T4 DNA连接酶相互杂交，最终连接形成DNA水凝胶。这项研究首次合成了纯DNA水凝胶，并通过实验进一步证明了该水凝胶具有可调节性和可编程性。重要的是，基于这种特点，可以设计不同类型的DNA水凝胶来满足多方面的应用。然而，普通的纯DNA水凝胶的敏感度较低，产生效应的时间比较长。因此，开发出在外界刺激下能迅速响应的DNA水凝胶具有重要意义。例如，裴仁军等就利用两种Y-支架核酸亚基和赭曲霉毒素A的适体结构域构建了一种纯DNA水凝胶。在赭曲霉毒素A存在下，该水凝胶发生了可切换的凝胶-溶胶转变，并且靶分子可以刺激DNA水凝胶快速分解释放包被的HRP，从而触发H2O2和ABTS反应，使比色检测的双信号放大。

图1. 刺激响应型核酸水凝胶的制备。A）X-DNA、Y-DNA和T-DNA构成的核酸水凝胶。 B）通过RCA合成DNA长单链以获得3D DNA网络的过程。C）通过PNA/DNA络合形成的杂化水凝胶。

然而，纯DNA水凝胶的制备也存在一些问题，如制备成本高、难度大、稳定性不足等。目前，通过具有成本优势、高效准确的核酸扩增方法，尤其是滚环扩增技术（rolling circle amplification，RCA）来制备纯DNA水凝胶吸引了越来越多研究人员的目光。RCA是一种等温核酸扩增技术，能在温和的条件下利用DNA聚合酶循环复制DNA模板，进而形成具有周期性序列的长单链DNA（single-stranded DNA，ssDNA）。仰大勇等报道了一种利用双RCA形成的两条超长ssDNA自组装形成DNA水凝胶（如图1B）。长ssDNA与骨髓间充质干细胞膜上的ALPL蛋白具有高亲和力，从而增强了细胞锚定的特异性，再加上DNA水凝胶交联网络的中等存储模量，使得细胞的机械损伤减少。类似地，为了证明氢键对DNA水凝胶的重要作用，在2023年，颜娟等利用双RCA技术产生的ssDNA作为前体制备了纯DNA水凝胶，而且通过调整ssDNA间的氢键程度改变了其对AuNPs的包封效率。这为设计不同类型的核酸水凝胶提出新的思路，并奠定了核酸水凝胶的应用基础。然而，随着DNA水凝胶多领域应用需求的增多，引入更多恒温扩增方法，进一步提高扩增反应的效率、重复率与稳定性已成为影响DNA水凝胶制备方法改进的关键因素。

此外，以分子间G-四链体作为DNA水凝胶的核心成分能够为核酸水凝胶的构建提供足够的连接力。以单链和设计精巧的Y型结构作为辅助，一般情况下，基于胸腺嘧啶-腺嘌呤-胸腺嘧啶 (thymine-adenine-thymine T-A.T) 的三联体结构比质子化胞嘧啶-鸟嘌呤-胞嘧啶 (cytosine-guanine- cytosine, C-G.C+) 的三联体结构的形成和分解时的pH要高。因此，这种纯DNA水凝胶可通过pH控制进行DNA结构的可逆自组装，同时也可以在凝胶和液体之间相互转换。为了进一步探索pH刺激响应纯DNA水凝胶的可能性，杨秀荣等将T-A.T和C-G.C+两种三联体同时引入来构建pH活化的纯DNA水凝胶，其中三联体结构是通过改变pH值来控制纯DNA水凝胶形成和解离的核心要素。同时，他们将荧光团和淬灭剂一起加入水凝胶中，为荧光技术检测提出了一种新的策略。

1.2 聚合物-核酸杂化水凝胶

DNA水凝胶具有很高的刺激响应型、包封效率，以及良好的亲水性、柔软性和极强的分子识别能力。正是这些优点，使得DNA水凝胶在过去近20年里得到了许多方面的应用，但仍有一些缺点不容忽视，例如DNA分子的稳定性有限、净电荷为负和生产成本高等。基于此，许多研究人员试图将亲水性聚合物等纳米材料掺入到DNA水凝胶中，从而得到生物兼容性和稳定性更高、成本更低的聚合物-核酸杂化水凝胶。对于响应型的DNA水凝胶，可以将刺激响应型的DNA序列或其他连接物接枝到聚合物上，再通过DNA杂交或其他相互作用使其自组装成一个三维水凝胶，例如，将DNA接枝到聚丙烯酰胺链上。

2015年，Kopeček等提出了另一种杂化水凝胶的设计概念。他们将多种肽核酸（peptide nucleic acids，PNA）接枝的合成水溶性N-（2-羟丙基）甲基丙烯酰胺聚合物加入连接体DNA，然后进行交联（如图1C）。PNA-DNA络合可以介导聚合物链的自组装，导致亲水聚合物网络的形成。然而，当受到外界刺激时，连接体与聚合物之间的相互作用极大可能会被破坏，导致DNA杂化水凝胶的解离。同年，Willner等设计并制备了一种基于K⁺触发而组装成的刺激响应型G-四联体结构的聚丙烯酰胺-DNA杂交水凝胶。该水凝胶中使用了两个交联部分，包括自互补黏性末端的DNA双链和响应型的富含鸟嘌呤的DNA序列形成G-四重结构。并且，由于存在两个交联，该水凝胶可以在K+存在的条件下形成鸟嘌呤-K⁺-鸟嘌呤络合物连接鸟嘌呤单元，大大提高自身的稳定性。这种可逆的刺激响应杂化DNA水凝胶可在G-四联体和热刺激的联合触发下引起溶液-水凝胶-固体三者之间的循环变化。而且，在该水凝胶中加入18-冠-6醚可消除K⁺并分解G-四联体结构，导致不定型的水凝胶的形成。其中，自互补双交联作为记忆码使得聚丙烯酰胺-DNA杂交水凝胶在K⁺存在下恢复原始形状，并可以使其在凝胶和准液体之间可逆地显示K⁺响应相变。这些设计方法的提出推动了刺激响应水凝胶制备的发展。

2 刺激响应型凝胶

核酸水凝胶可以根据不同的刺激因素分为多种类型，包括pH响应型、光响应型、温度响应型和化学触发型等（如图2）。这些不同类型的核酸水凝胶可以根据具体的应用需求进行不同的设计和优化，以实现特定的刺激响应行为。

图2. 不同刺激响应型核酸水凝胶的设计原理。

2.1 pH响应

基于肿瘤特异的酸性微环境，pH响应型DNA水凝胶可以在肿瘤微环境下特异性控制药物的释放。其中响应H⁺的主要DNA结构是G-四链体和i-motif。水凝胶骨架往往是由两条ssDNA在酸性条件下形成G-四链体或i-motif结构进行聚合，进而形成致密的DNA水凝胶。2009年，刘冬生等首次报道一种基于DNA自组装的pH响应型水凝胶。在该研究中，Y形DNA的两端各有一半i-motif序列，它可以在酸性条件下形成完整的二级功能结构，进而形成纯DNA水凝胶。当溶液pH较高时，i-motif二级结构解离，DNA水凝胶将会转化为溶液。2017年，田雷蕾等利用RCA技术，将pH敏感的交联位点引入到DNA模板链中，制备了pH响应型水凝胶（如图3A）。由于RCA的DNA模板可以自由编程，使得水凝胶的性质更易于调整。这些具有pH响应特性的水凝胶制备简单，可用于pH刺激药物释放的进一步研究，同时也为其他智能DNA水凝胶的设计与开发开辟新的道路。

图3. pH、光和温度响应型核酸水凝胶的应用。A）用于制备pH响应型DNA水凝胶的RCA方法的示意图。B）光控DNA交联水凝胶的机理与设计。C）光热响应的MXene-DNA水凝胶的构建示意图及其应用。

此外，特定的DNA序列与疾病的发展密切相关，但是如何实现快速、低成本、高灵敏的目标DNA检测仍是一个相当大的挑战。Hong等将催化发夹组装（catalytic hairpin assembly，CHA）技术与毛细管作用结合起来，设计了可用于肉眼检测目标短ssDNA的pH响应型DNA水凝胶。该体系是由三个发夹DNA与目标DNA相互杂交来充分扩增Y形DNA纳米结构，直到经过CHA循环完全消耗。最终扩增得到的Y形DNA的每个臂都是由i-motif结构形成的黏性末端构成的。值得注意的是，在pH为5的酸性条件下，这些序列可以发生自组装，在i-motif驱动的交联下形成目标ssDNA和pH双响应的DNA水凝胶。该方法对血清中目标基因的检测灵敏度很高，有效性强，而且使人们用肉眼就能灵敏地检测出目标DNA，在一定程度上克服了分析设备的昂贵和操作的复杂等条件的限制。

2.2 光响应

光是用来构建稳定和分解核酸结构的物理刺激因子，与pH相比，它拥有的时空响应特性更精确。由于光的类型、功率和波长都可以人为来精确调节，并且光的刺激具有可逆性，因此已经有许多研究工作借助光响应结构来合成DNA水凝胶。例如，利用偶氮苯分子来设计光触发DNA水凝胶。偶氮苯具有特殊的光控特性，在自然光照射下，偶氮苯的构象由原来的顺式转变为反式，而在紫外线的条件下，其构象变化正好相反。利用这一特性，研究人员将偶氮苯功能化的DNA作为交联剂进而构建可逆性的光响应DNA水凝胶。2010年，谭蔚泓等将对光敏感的偶氮苯作为交联剂加入DNA链中，然后放到DNA-聚合物溶液中，这样就可以通过交联剂与侧链DNA的相互杂交，形成对不同波长的光有不同反应的DNA杂化水凝胶（如图3B）。外界紫外光的照射能将偶氮苯转化为苯，使得DNA聚合物从凝胶状态转换为溶液。这项研究发现，光响应DNA水凝胶通过自然光与紫外光条件的改变能够可逆地控制水凝胶的相变，进而可以用来精确调控货物的装载与释放。此外，PC-linker是一种多功能交联剂，能够通过光化学反应将DNA链交联在一起，也可用来构建光响应型核酸水凝胶。

2.3 温度响应

DNA双链中的氢键在高温条件下易发生断裂而使DNA解旋，温度降低后又会使双链DNA再次恢复双螺旋结构。利用DNA对温度敏感的这种特性，温度响应型DNA水凝胶也得到了广泛地设计和应用。

2.4 化学触发

除了上述提到的外界响应因素外，DNA水凝胶也可以响应一些化学物质，包括金属离子、氧化还原和酶反应触发的系统交联组装的变化，进而可以诱导其相变。

2.4.1 金属离子响应

金属离子可以通过桥联DNA序列中的碱基错配构建双链DNA，进而促进了金属离子响应型DNA水凝胶的进一步发展。2014年，希伯来大学Willner等利用Ag⁺交联DNA来功能化聚丙烯酰胺共聚物，进而合成了金属离子响应DNA水凝胶。Ag⁺可刺激胞嘧啶-Ag⁺-胞嘧啶复合物的产生，导致共聚物交联形成水凝胶。但是，经过半胱氨酸诱导后，由于Ag⁺发生消除使胞嘧啶Ag⁺-胞嘧啶桥遭到破坏，最终使得DNA水凝胶解离成溶液。近年来，有毒离子的检测受到越来越多的关注，因此，开发简便、经济的检测方法用于现场检测和处理具有重要意义。由于刺激响应型水凝胶材料具有制备简单、便于携带和易于储存的优点，它已被广泛用于金属离子的检测。但是，这些方法仍然需要额外的标记或嵌入来封装信号。为了实现Pb²⁺介导的生物传感无标记策略，唐伟等通过引入Pb²⁺依赖性的DNAzyme和底物链的方式设计并制备了一种Pb²⁺响应DNA水凝胶（如图4A）。正是由于Pb²⁺的存在，该水凝胶骨架中的酶链被激活，接着底物被触发裂解，最终破坏了水凝胶的整个结构。然而，崩解的DNA水凝胶释放出的DNA片段输出可以定量Pb²⁺浓度的信号，这成功解除了信号分子标记或嵌入的必要性。这种Pb²⁺响应DNA水凝胶操作简单，读取方便，成本低廉，通过进一步调整DNAzyme和底物的相关序列，也可以用于其他有毒金属离子的无标记检测和分析。

图4. 金属离子响应、氧化还原响应和酶响应型核酸水凝胶的应用。A）金属离子响应型纯DNA水凝胶的制备及金属离子检测原理。B）铁3+的组装/铁2+-羧甲基纤维素（CMC）水凝胶和氧化还原触发的水凝胶的受控交联。C）构建Cas9/sgRNA编辑的免疫检查点阻断DNA多核酸适配体水凝胶。

2.4.2 氧化还原响应

氧化还原基团也可以用来制备DNA水凝胶，并可以在细胞内实现药物的可控释放。作为细胞中的还原剂，谷胱甘肽能够破坏二硫键氧化还原基团，从而导致水凝胶发生相变。

2.4.3 酶响应

3 刺激响应型核酸水凝胶用于细胞捕获和释放

刺激响应核酸水凝胶具有良好的生物相容性和可生物降解性，它可以针对各种外界物理化学刺激做出相应反应，同时表现出可控的动态行为。首先，通过将细胞与凝胶基质共培养，可以捕获和固定细胞，能够进一步观察细胞在药物作用下的动态变化，实现细胞成像。值得注意的是，刺激响应型核酸水凝胶也能与细胞治疗相结合，将靶向功能序列或刺激响应型结构嵌入到DNA水凝胶中，增强其细胞捕获或释放的能力，包裹特定类型的细胞（如免疫细胞或干细胞）并释放到目标组织，有利于解决细胞定位和存活问题。此外，药物可以包裹在核酸水凝胶中，借助水凝胶刺激响应的能力，药物能精准释放到目标部位。这种递送方式不仅能显著提高药物的靶向能力和治疗效果，还能降低其在体内的副作用。类似地，核酸水凝胶也能将小分子物质靶向递送到体内，达到治疗效果（如图5）。

图5. 刺激响应型核酸水凝胶在细胞捕获和释放方面的应用。

3.1 细胞成像

刺激响应型DNA水凝胶能用于细胞成像。然而，为了在原位能观察到细胞的形态和功能（包括固定、标记和成像过程），DNA水凝胶在浸泡和洗涤过程中需要表现出较好的稳定性。刘冬生等通过原位聚合成功构建双网络，进而形成一个稳定的三维透明的超分子聚丙烯酰胺DNA杂化水凝胶，可用于培养并观察细胞。这种DNA水凝胶具有刚性结构，抑制了三维DNA网络中交联点间距离的变化，使其抗拉伸、抗剪切强度大大提高。其中，增强的机械性能提高了DNA水凝胶染色和洗涤循环的能力，并可用多种颜色标记细胞中的某个区域。该研究证明了DNA水凝胶对细胞的定位和其密度的可控性有助于细胞成像和细胞培养。另一研究指出，合适的DNA水凝胶体积是其成为优异的成像探针或药物递送载体的必要条件。

ATP和生物硫醇在生物系统中扮演着重要角色，它们的表达水平与许多严重疾病的发生息息相关。为了更加准确并直观检测出生物体内ATP和生物硫醇的浓度，丁彩凤等报道了一种包被多孔碳纳米球（porous carbon nanospheres，PCN）及双色荧光探针的DNA交联水凝胶，可用来同时检测和成像活细胞中的ATP和谷胱甘肽。当荧光探针被活细胞吸收后，它能够与靶标特异性结合同时呈现两种荧光。张学记等利用不同DNAzyme和活性金属离子构建了多孔3D Au-DNA水凝胶网络，用于同时成像活细胞内的miRNAs。细胞转染后，特异性的miRNAs能进一步引发链置换，并依次激活DNAzyme辅助的循环反应，最终使得细胞成像后的荧光强度大大增强。

此外，为了满足结构复杂性、精度、细胞活力和可扩展制造的要求，刘冬生等基于具有良好生物相容性和优异自愈性的DNA超分子水凝胶，设计了一种新的“砖墙”来制造多种细胞类型的三维组织结构。该研究对DNA水凝胶的信号反应进行了评估，发现水凝胶允许细胞在三维结构中迁移。这种构建策略不仅可以适应不同的细胞类型，还容易排除损坏的细胞。

3.2 细胞治疗

目前，免疫疗法是一种比较理想的肿瘤治疗方法，它能克服肿瘤的免疫耐受，同时引发剧烈的免疫反应。然而，如何设计一个具有抗原适应性、可操作性和可生物降解性的体系来招募并激活抗原提呈细胞（antigen-presenting cells, APC）仍困扰着很多研究人员。李艳梅等设计并制备了一种可注射的DNA超分子水凝胶疫苗（DNA supramolecular hydrogel vaccine，DSHV）接种系统，它在体内外均展示了良好的募集并激活APC的生物活性（如图6A）。而且，APC可被局部高浓度的CpG所激活，进而激活强烈的免疫反应，达到显著的抗肿瘤疗效。此外，为了减少肿瘤治疗过程中使用常规方法捕获循环癌细胞（circulating tumor cells，CTCs）导致的细胞损伤，南京大学郭子建利用适体触发杂交链式反应制备了3D多孔DNA水凝胶，其多孔结构极大程度上减少细胞损伤。该水凝胶能进一步包被CTCs，并在ATP触发的情况下分解释放，实现了活的CTCs的捕获与释放。而且，有研究发现核酸纳米组装技术构建的功能化水凝胶能够实现T细胞的有效捕获和T细胞受体（T cell receptor，TCR）的可调激活。当系统同时存在三维力动量和二维剪切力信号，可使TCR的激活更有效。包裹在DNA水凝胶的免疫细胞和抗原可以一起被递送到小鼠体内并诱发特异性免疫反应，同时肿瘤接种前后皮内给药可使小鼠肿瘤生长的周期延缓，而且无明显严重不良反应出现。研究表明， CTCs中包含原发肿瘤的分子信息，临床上可用于预测癌症诊断。为了克服在全血中捕获活CTC及其定量上的困难，左小磊等借助适体触发夹杂交链反应的方法，制备了一种原位鉴定的多孔DNA水凝胶实现了对CTC的覆盖或去覆盖，用于活细胞分析。该水凝胶可在全血中识别少量的CTC，能实现高灵敏度和高特异性的临床诊断，也进一步为细胞治疗提供依据。

图6. 刺激响应核酸水凝胶在细胞治疗方面的应用。A）DSHV 系统诱导的宿主 APC 在体内募集和激活以产生强大的免疫反应和抗肿瘤作用的示意图。B）光反应型核酸水凝胶用于肿瘤治疗的示意图。C）多功能DNA敷料促进烧伤创面愈合的机制。

3.3 协同药物递送

复杂的体内环境和引发物的低浓度在很大程度上限制了向靶部位递送治疗药物的发展。核酸水凝胶拥有较好的机械性能，然而较大的体积尺寸以及不规则的形状影响了它们进行体内药物递送。随着研究的不断深入，DNA水凝胶的可控释药性能不断改善。氟尿定（floxuridine，F）是一种重要的细胞毒性核苷类似物，起到抗癌作用。它的结构与天然核苷类似，很容易将其整合到DNA或RNA中。张川等[53]将DNA和RNA水凝胶进行自组装，并通过固相合成或酶介导的方法将F有效地整合到核酸链中。该药物递送系统保留了原始分子识别的优势，同时核酸凝胶能够被肿瘤细胞捕获吸收进而释放治疗药物，并表现出优异的抗肿瘤活性。此外，化疗药物DOX也在肿瘤治疗中占有重要地位，但它也存在着非特异性递送导致副作用的缺点。最近，为了构建高效靶向给药的治疗平台，陈婷梅等制备了一种双靶标和多价适配体修饰的DNA水凝胶，同时可装载抗癌药物DOX。该DNA水凝胶整合了HER2和AS1411两种适体，增强了整个体系的靶向性。它在到达靶细胞后不仅可以释放DOX和适配体核酸药物，还能引起HER2蛋白的降解，对HER2阳性乳腺癌的治疗有所帮助。此外，与其他合成药物相比，肽类药物免疫原性和生产成本减低，但由于其脱靶递送和不必要的泄露引起的副作用，肽类药物的临床应用受到极大限制。为了解决这些问题，研究人员[55]将纳米级DNA水凝胶功能化，设计了一种肽药物递送载体。一方面，该研究将细胞穿透性抗癌肽药物Buforin IIb 通过静电作用加载到水凝胶网络中，然后，与可以作为光触发肽药物释放的光热试剂AnNPs进行组装。另一方面，将包括癌症靶向YNGRT序列整合到DNA水凝胶中，可以实现癌细胞靶向递送。该研究为实现安全、癌症特异性靶向和高效的肽药物递送奠定了良好的实验基础。

此外，作为被FDA批准的口服降糖药，二甲双胍（metformin，MET）在治疗骨关节炎（osteoarthritis, OA）方面也表现出良好的治疗潜力。然而，MET无法越过关节腔内严重的炎症环境，导致其未到达治疗部位就被清除。因此，丁长海等将DNA超分子水凝胶作为载体持续递送MET来治疗OA，可将MET在关节腔内的滞留时间延长到14 d，同时抗炎效果大大增强。除此之外，由于DNA水凝胶的可重复性和生物降解的特性，它具有作为牙周病载体的巨大潜力。尤其是没有任何化学修饰的物理交联DNA水凝胶表现出最小的细胞毒性和令人满意的生物相容性。因此，郑晓峰等[57]利用物理交联的DNA水凝胶作为支架，构建了一个可生物降解、抗炎和成骨的白细胞介素水凝胶，可用于细胞因子白细胞介素-10的长期持续释放，从而加速糖尿病肺泡骨的重建。研究结果表明，该水凝胶可以促进M2巨噬细胞的极化，减轻牙周炎症，还加速了糖尿病肺泡损伤的缺陷愈合率。

近年来，作为一种新型治疗工具，可注射的核酸水凝胶表现出良好的自我修复和持续释放的特性。Paul等基于可逆性亚胺键与氧化海藻酸盐交联设计并制备了DNA复合水凝胶，可作为药物辛伐他汀持续有效递送的注射性载体。如果带电的硅酸盐纳米颗粒与DNA水凝胶中的磷酸基团发生静电作用，DNA复合水凝胶的剪切强度会进一步提高，而且药物辛伐他汀的释放时间会长达一周以上。同时，水凝胶也是伤口愈合的理想敷料，能够提供与细胞外基质相似的微环境，有利于细胞的增殖与黏附。

图7. 核酸水凝胶在协同药物递送方面的应用。A）DNA-FKNa/Ag水凝胶修复MRSA感染伤口示意图。B）miR-5590-SNA@DNAgel的制备和应用。

总之，这篇综述详细介绍了纯核酸水凝胶和聚合物-核酸杂化水凝胶各自的制备原理及合成方法，之后分别讨论了不同刺激响应型核酸水凝胶的设计和应用，如pH、光、温度和化学触发（金属离子、氧化还原等）的响应。本文重点介绍了刺激响应型核酸水凝胶基于细胞捕获和释放的应用，包括细胞成像、药物递送以及细胞治疗。

目前，研究者们正在通过改变水凝胶的纳米结构，如DNA的自组装、碳纳米管的复合等，来调节水凝胶的物理和化学性能。此外他们还探索如何将不同的纳米材料与核酸水凝胶相结合，以实现更高效的能量转换和更优异的力学性能，以及如何将其应用到生物医学领域。本文着重讨论细胞捕获与释放方面，有助于深入探讨核酸水凝胶在生物医学领域的应用，并为开发新型的生物材料提供有价值的研究思路。然而，对于核酸水凝胶的制备和应用仍然存在许多问题。希望未来研究者们更加注重如何改善核酸水凝胶的稳定性和机械性能，如何改善核酸的可控降解和药物有效递送释放等问题。本文旨在探讨核酸水凝胶的先进制备方法，以及其基于细胞捕获和释放的应用进展，希望给未来的相关研究提供参考和启发。