在疾病发展和治疗过程中，生理微环境往往呈现出明显的时间依赖性动态变化，对生物医用材料提出了更高要求：材料不仅要具备响应性，更需能够实时感知微环境变化并实现动态适应。然而，当前多数生物材料仍停留在被动响应阶段，缺乏自主调节与交互反馈能力，制约了其在复杂病理环境下的应用潜力。为此，探索具备微环境交互性和自我调节能力的新一代智能材料，成为迫切需求。
受生物系统远离平衡、持续动态运行机制的启发，近年来，具有时间分辨、自适应性和交互特性的水凝胶材料迅猛发展，为构建新一代智能生物材料开辟了新路径。多种基于化学或物理驱动的动态水凝胶相继被开发，具备能量输入与反馈的动力学速率不对称性和时间可编程性。尽管这类材料取得了显著进展，真正能够与微环境深度交互、实现自反馈调控的水凝胶系统仍较为罕见。
华东理工大学张隽佶教授（点击查看介绍）团队长期致力于光敏功能分子体系与生物医用水凝胶材料构建研究（前期工作参见：JACS, 2025, 5486; JACS, 2020, 18005; JACS, 2018, 17691; JACS, 2018, 8671; Angew. Chem. Int. Ed., 2025, e202425313; Angew. Chem. Int. Ed., 2022, e202205758; 2021, 5157; Nat. Commun., 2019, 4232; 2017, 987; CCS Chem., 2020, 707），该团队近年来运用光控水凝胶先后实现了单细胞行为调控（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 5157）及术后组织修复及重建（Adv. Funct. Mater., 2025, 2508677; Adv. Healthare Mater., 2023, 2202770）。
华东师范大学王辰教授（点击查看介绍）长期致力于超分子策略调控生物催化及非平衡动态材料的研究（前期工作参见：Angew. Chem. Int. Ed., 2025, e202503485；Nat. Catal. 2020, 3, 256; Nat. Catal. 2020, 3, 941；Nat. Commun. 2021, 12, 4224；JACS 2021, 143, 12120）。
近日，张隽佶教授、王辰教授与上海交通大学医学院附属第九人民医院合作在《自然-通讯》（Nature Communications）报道了一种微环境反馈型水凝胶，能够针对糖尿病慢性伤口中碱性微环境与血糖浓度（BGL）进行交互响应，实现“活性敷料”式治疗。该水凝胶系统利用对pH值敏感的亚胺席夫碱作为交联剂，并装载了葡萄糖氧化酶（GOx）/过氧化氢酶（CAT）酶对，根据糖尿病伤口中BGL的变化而经历动力学不对称的溶胶-凝胶循环（图1）。
图1. 微环境反馈型水凝胶
鉴于慢性伤口的碱性环境，该水凝胶能够在碱性pH值的作用下原位形成，并封闭伤口床。一旦形成，封装的葡萄糖氧化酶会消耗局部血糖，产生葡萄糖酸，并通过断裂亚胺席夫碱交联键逐渐分解所形成的水凝胶，从而形成自反馈回路（图 1B）。同时，酶的进一步释放与作用又持续降低局部血糖水平。当血糖与pH降低至一定程度后，凝胶进一步降解与酶释放受到抑制，从而防止过度调节，实现微环境的稳态控制（图 1B）。基于 “快速激活—缓慢失活”的酶催化网络与pH响应交联机制，材料可实现溶胶-凝胶之间的可控循环，动态适配治疗过程（图2）。因此，糖尿病伤口的“稳态”血糖浓度（BGL）和 pH值得以实现，并为组织修复提供了理想的微环境。
图2. 材料性能表征
在I型糖尿病小鼠模型中，该水凝胶成功实现了葡萄糖氧化酶的程序化释放，有效维持了伤口微环境pH稳态与血糖水平，显著加速组织修复进程（图3）。研究发现，该材料促进了新生血管形成，上皮重建与胶原沉积，显著减轻炎症反应，并诱导巨噬细胞由促炎型向抗炎型的转化，为慢性创面治疗提供了全新策略。
图3. 伤口微环境pH稳态与血糖水平及愈合情况
该研究首次将微环境反馈型调节机制引入智能水凝胶设计，将时间分辨与空间动态生物线索用于疾病治疗，为慢性疾病干预开辟新路径，展现出广阔的临床转化前景，突显了其作为下一代治疗性智能材料的潜力与价值。
论文由华东理工大学硕士生程怡博、上海第九人民医院王彦文博士、华东师范大学博士生汪云逸共同第一作者，华东理工大学张隽佶教授、华东师范大学王辰研究员、上海交通大学周双白副主任医师与陈柏君博士共同担任通讯作者。项目获国家重点研发计划、国家优秀青年科学基金等资助，并得到了中国科学院院士田禾教授的指导支持。
原文链接：Microenvironment-feedback regulated hydrogels as living wound healing materials. Nat. Commun. 2025, 16, 6050.
导师介绍
张隽佶https://chem.ecust.edu.cn/2018/0227/c6655a73621/page.htm
课题组主页https://www.x-mol.com/groups/Zhang_Junji
