《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：A Novel Injectable Selenium-Containing Hydrogel with Antioxidant, Antibacterial, and Anti-Inflammatory Properties for Topical Treatment of Allergic Rhinitis
编辑推荐：
本研究制备了基于L-硒半胱氨酸与羧甲基纤维素的可自修复水凝胶，具有高孔隙率、优异机械性能和强抗氧化、抗菌活性。体内实验表明，该水凝胶可有效缓解小鼠过敏性鼻炎的炎症反应，减少嗜酸性粒细胞浸润和杯状细胞增生，并降低特异性IgE及IL-4、IL-5、IL-13水平。
作者：杨实、张新媛、田腾飞、徐素瑶、孙琴、王丽阳、李勇、储俊才、王世革、赵克清
复旦大学耳鼻喉科与头颈外科，上海眼耳鼻喉医院重点临床学科，中国上海市徐汇区汾阳路83号，邮编200031
摘要
背景
过敏性鼻炎（AR）是一种常见的炎症性疾病，其病理生理机制复杂，治疗选择有限。鉴于目前缺乏具有显著疗效的药物，因此有必要开发一种能够有效控制AR鼻部炎症的水凝胶。
方法
通过将L-硒代半胱氨酸（L-CySe）与羧甲基纤维素（CMC）交联，制备了一种可注射且具有自愈能力的水凝胶。对L-CySe/CMC（SeC）水凝胶的微观结构、孔隙率、膨胀性能、降解性、流变学性质和机械性能进行了表征。在体外评估了其抗氧化和抗菌活性。使用IL-4刺激的人鼻上皮细胞的空气-液体界面（ALI）。通过卵白蛋白（OVA）建立了小鼠AR模型。通过苏木精-伊红（H&E）染色、PAS染色和Sirius red染色检测了小鼠和ALI模型的组织病理学情况。利用ELISA检测了OVA特异性IgE（OVA-sIgE）和2型细胞因子的水平。通过溶血试验、Cell Counting 8 Kit（CCK-8试剂盒）、活细胞/死细胞染色和组织病理学检查确认了SeC水凝胶的生物安全性。
结果
SeC水凝胶具有均匀的孔隙结构（孔隙率为60.26%）、适当的膨胀/降解曲线、优异的机械强度（压缩模量为24.74 kPa）以及快速的自愈能力。在两种模型中，它均表现出强大的自由基清除能力（>66%）、广谱抗菌活性（>97%的抑制作用）和显著的抗炎效果。该水凝胶具有良好的血液相容性（溶血率<5%），且无细胞和器官毒性。在IL-4刺激的ALI中，它减少了上皮厚度并抑制了杯状细胞的增殖。在AR小鼠中，它缓解了鼻部症状，减少了上皮增厚、嗜酸性粒细胞浸润、杯状细胞增殖，并降低了OVA-sIgE和2型细胞因子（IL-4、IL-5、IL-13）的水平。
结论
SeC水凝胶利用其协同的抗氧化、抗菌和抗炎特性，为过敏性鼻炎的有效治疗提供了一种有效且具有前景的策略。
引言
过敏性鼻炎（AR）是一种影响全球数百万人的疾病[1]，[2]，其发病机制是由免疫球蛋白E（IgE）介导的对过敏原的炎症反应[3]，[4]。AR的标志性特征是鼻黏膜的2型炎症反应，这种反应会释放IL-4、IL-5和IL-13等2型炎症细胞因子[5]，[6]，导致打喷嚏、鼻痒和鼻塞等症状[1]，并伴有嗜酸性粒细胞浸润和杯状细胞增生等病理变化[7]，[8]。AR不仅严重影响患者的生活质量，还给控制该疾病带来了巨大的社会经济负担[9]。AR的治疗方法多种多样[10]。糖皮质激素、抗组胺药、免疫疗法和生物制剂通过不同的机制治疗AR患者[11]。然而，现有的治疗策略只能部分缓解某些症状，无法解决氧化应激和持续性炎症问题[12]。目前，许多患者仍无法通过上述治疗方法有效控制症状[13]。此外，严重AR患者的病情无法通过这些标准疗法得到控制，因此迫切需要新的治疗方法。近年来，氧化应激在过敏性炎症的发病机制和持续存在中的作用受到了越来越多的关注。已知AR患者鼻黏膜中活性氧（ROS）水平的升高会加剧炎症信号[14]，[15]，促进上皮屏障功能障碍，并导致组织损伤[16]。因此，迫切需要寻找一种能够同时阻断ROS并抑制过敏性炎症级联反应的治疗策略。此外，在AR期间鼻腔的微生物群也可能受到干扰，继发细菌感染可能会使疾病复杂化[17]，[18]。因此，将固有的抗菌特性纳入新的治疗方法中非常重要。
由于水凝胶具有高含水量、生物相容性和可调节的物理性质，已成为局部药物输送的理想载体[19]。特别是对于鼻腔和鼻窦等复杂的解剖部位，可注射水凝胶是一种理想的微创治疗方法，它们可以形成保护屏障并提供持续的治疗[20]，[21]。其最小的侵入性有助于精确定位AR的治疗部位，而其在剪切损伤后恢复机械完整性的能力延长了在治疗部位的停留时间，确保治疗剂的持续释放[22]。硒是人体必需的微量元素，也是抗氧化酶谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）的重要组成部分[23]，[24]。含硒化合物，如L-硒代半胱氨酸（L-CySe），以其强大的抗氧化和抗炎活性而闻名[25]，[26]。由于ROS与AR等炎症性疾病的恶化有关，含硒化合物可以模拟谷胱甘肽过氧化物酶的功能来消除ROS，从而减轻炎症[27]。在此，我们报道了一种通过将L-CySe与羧甲基纤维素（CMC）交联制备的新型多功能硫键水凝胶的合理设计和全面评估，用于治疗AR。该系统通过L-CySe的氨基与CMC的羧基之间的简单交联反应构建（图1）。在EDC/NHS化学的促进下，形成了稳定的共价酰胺键和动态硫键网络。我们假设这种水凝胶具有鼻内给药所需的机械性能、自愈能力和生物降解性，并具有内在的抗氧化和抗菌能力。更重要的是，我们假设所掺入的硒成分的生物活性确保了水凝胶在AR炎症期间的治疗作用，包括抗氧化、抗菌和抗炎效果。
因此，本研究通过多方面的方法系统地验证了这一假设，并将其提出作为一种全面且创新的治疗AR的策略。
水凝胶的制备与表征
将0.25克CMC溶解在10毫升去离子（DI）水中，在60°C下持续搅拌以获得CMC溶液。然后，将0.05克L-CySe和0.15克NaHCO?溶解在2毫升DI水中，在40°C下搅拌。接着，将100微升L-CySe溶液与100微升CMC溶液混合，再加入0.1克EDC（1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide盐酸盐）和NHS（N-hydroxysuccinimide）。随后彻底搅拌混合物，并在37°C下孵育10分钟。
SeC水凝胶的制备与表征
SeC水凝胶是通过L-CySe和CMC之间的动态硫键和酰胺键交联合成的（图1A）。通过FTIR光谱确认了硫键成功掺入水凝胶网络（图1B），在767.5 cm?1和520.7 cm?1处观察到的特征峰分别对应于Se-C和Se-Se的伸缩振动。此外，1645.5 cm?1和1250.6 cm?1处的吸收带对应于C=O的伸缩振动。
结论
总之，本研究通过L-CySe和CMC之间的交联反应成功制备了一种可注射、自愈且可生物降解的SeC水凝胶。SeC水凝胶表现出优异的性能，包括多孔的微观结构、良好的膨胀和降解动力学、稳健的机械性能以及出色的流变学和自愈能力。从生物学角度来看，它具有强大的自由基清除能力和广谱抗菌活性。
伦理声明
所有程序均符合相关法律法规和机构指南，并已获得上海张江高科技园区中国玉树生命科学有限公司IACUC的批准（地址：中国上海Curie路68号）。
伦理批准日期：2025年9月12日。
伦理批准编号：YS-m202509001。
伦理批准文件已放入补充材料中。
作者贡献声明
杨实：撰写——原始草稿、可视化、验证、软件应用、方法学设计、实验实施、数据分析、概念构建。
张新媛：撰写——原始草稿、软件应用、方法学设计、实验实施、数据分析、概念构建。
李勇：软件应用、数据分析、概念构建。
储俊才：撰写——审稿与编辑、验证、项目管理、资金获取、数据分析、概念构建。
王世革：撰写
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
