药物治疗可以挽救生命，但同时也伴随着意料之外的代价。为了减少这种伴生伤害，科学家们一直致力于寻找药物传输系统的特异性：即通过药物封装技术，使其毒性物质在到达病灶（如肿瘤、病变器官或感染点）后才释放。
在1月15日出版的《自然·化学》中，美国华盛顿大学的科学家们宣布他们已经成功研制了一种基于生物材料的运载系统（即水凝胶）。该运载系统可以封装目标物，并能在特定的生理条件下释放。这类生理条件包括酶或者肿瘤微环境所致的酸性条件等。至关重要的是，在水凝胶的合成过程中，其“溶解触发器”可以很容易地“切断”。这就使得研究人员可以针对特定的环境因素组合制备不同种类的水凝胶。
由华盛顿大学化学工程助理教授Cole DeForest领导的团队，依据上述原理，利用简单的数学逻辑语句设计了这种新型水凝胶。“我们开发的模块化策略可以使生物材料像自动计算机一样工作，”DeForest教授说到，“我们设计的水凝胶可以根据所处环境进行复杂的运算。这种基于逻辑的先进做法是前所未有的，这将为精准医学指引出令人兴奋的新方向。”
水凝胶中超过九成的组分为水，其余为网状结构的生化聚合物。水凝胶可以用于运载诸多治疗药物（药品、特殊细胞或信号分子），进而用于药物输送或病人体内3D组织工程移植。DeForest团队创新的关键点在于水凝胶的合成。当研究人员在组装包含生物材料的网状聚合物时，他们也同时组装了一道化学“交联”的“门”。这道“门”只会对特定条件产生响应，从而释放水凝胶中封装的物质——这与只能用特定的钥匙打开上锁的大门非常相似。Deforest及其团队利用简单的布尔逻辑原理（即依据输入条件回复简单的二进制命令：YES（是）, AND（和）以及OR（或））构筑了水凝胶“门”。
水凝胶在“装配”特定的“是门”后，其本质上就是处于被编码状态，它只会对特定的外界条件产生响应。Deforest等也对“装配”有多重类型“是门”的水凝胶进行了测试，即水凝胶会在多重组合的环境条件下释放运载的物质。例如光和酶，还原剂或光，酶和光和还原剂等。水凝胶在“装配”了更复杂的“门”后仍然可以运载目标物——不论是荧光染料，还是活细胞，并且会在特定的多重组合条件下进行释放。
研究团队还对具有“和门（还原剂和基质金属蛋白酶（MMP））”的水凝胶对化疗药阿霉素的运载情况进行了测试。研究人员将含有阿霉素的水凝胶和HeLa细胞混合在一起——HeLa细胞很容易被阿霉素杀死。只有当研究人员同时加入打开“和门”的还原剂和MMP时，水凝胶才会破裂，HeLa细胞才会被杀死。
Deforest说道：“我们希望将布尔逻辑原理应用于水凝胶设计，以制备真正意义上的智能药物运载系统和组织工程工具。在应用这一设计原理的过程中，唯一能限制我们的只是想象力。”
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编译：灯丝 审稿：alone 编辑：张梦
来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/01/180115151621.htm
