近日，山东农业大学食品科学与工程学院江杨/李大鹏教授团队在国际材料与界面科学领域知名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》在线发表题为“Hydrogel Microspheres with Gut-Adaptive Structures for Efficient Probiotic Delivery and Gut-Targeted Release”的研究性论文。
口服益生菌在调节肠道菌群、维持肠道稳态方面具有巨大潜力。然而，胃肠道的恶劣环境（如强酸、消化酶）导致益生菌存活率低，且其在复杂的肠道环境中定植率差、难以靶向作用位点，限制了其治疗效果。同时，常见天然多糖水凝胶微球材料也可能存在结构强度不足、凝胶稳定性不佳等问题，导致益生菌提前释放。
针对这一瓶颈，本研究提出了一种“结构自适应+靶向黏附”的复合策略，利用结冷胶（GG）与改性β-葡聚糖（GN-TA）构建了具有肠道适应性结构的益生菌负载水凝胶微球（GG/GN-TA HMs）。该研究利用金属-酚类网络（MPNs）增强了微球的结构强度，赋予其在胃酸环境下的质子化致密特性，实现了对益生菌的有效保护；同时利用β-葡聚糖（GN）的靶向性与单宁酸（TA）的黏附性，显著提高了益生菌在肠道的滞留时间与定植效率。该成果不仅揭示了结构自适应微球对益生菌的保护机制，更为炎症性肠病（IBD）的治疗及新型口服益生菌制剂的开发提供了高效、通用的递送平台。
1. 肠道适应性水凝胶微球的构建与结构调控。以低酰基结冷胶（GG）为骨架，引入通过自由基接枝法制备的单宁酸接枝β-葡聚糖（GN-TA）。利用反相乳液法，结合钙离子与TA形成的金属-酚类网络（MPNs），成功制备了具有双重网络结构的GG/GN-TA水凝胶微球。300 mM Ca²⁺条件下的GG/GN-TA微球在测试中表现出更强的机械强度与结构适应性，具有优异的自愈合能力与抗形变能力，有助于抵御食品加工及胃肠蠕动过程中的剪切力。
2.pH响应性结构自适应与多重保护机制。①结构自适应保护：在胃酸环境（低pH）下，微球中的羧基发生质子化，诱导网络结构收缩致密，有效阻滞了H+的渗透，从而为益生菌提供了“盾牌”式保护。在模拟胃液消化及长期储存条件下，负载于GG/GN-TA微球中的双歧杆菌（Bifidobacterium animalis）与大肠杆菌Nissle 1917（EcN）存活率显著高于游离菌及纯GG微球组。②肠道靶向与黏附：当微球进入肠道（中性pH）后，羧基解离导致网络溶胀，孔径增大，促进益生菌释放。同时，GN-TA组分中的单宁酸提供了丰富的邻苯二酚基团，赋予微球优异的黏膜黏附性；而β-葡聚糖则能特异性识别巨噬细胞表面的Dectin-1受体，实现了对炎症部位的主动靶向。
3.显著的结肠炎治疗与菌群调节效果。在DSS诱导的结肠炎小鼠模型中，负载EcN的GG/GN-TA微球（EcN@GG/GN-TA）展现出卓越的治疗功效。缓解炎症与修复屏障：EcN@GG/GN-TA显著降低了小鼠体内促炎因子水平，抑制了氧化应激，并上调了紧密连接蛋白的表达，有效修复了受损的肠道黏膜屏障。重塑肠道菌群：16S rRNA测序结果表明，该递送系统具有“合生元”协同效应。GN-TA作为益生元被肠道菌群利用，显著提高了毛螺菌科等产短链脂肪酸（SCFAs）有益菌的丰度，恢复了肠道微生态平衡。相比于单一疗法，EcN@GG/GN-TA在防止体重下降、改善疾病活动指数（DAI）及维持结肠长度方面效果最佳。
该研究创新性地将具有益生元特性与免疫调节功能的改性多糖（GN-TA）引入水凝胶体系，通过金属-酚类网络交联，构建了集“物理屏障+靶向黏附+合生元协同”于一体的新型益生菌递送系统。该体系制备方法简单、原料均为食品级、生物相容性好，不仅适用于多种益生菌的包埋，也为开发针对溃疡性结肠炎（UC）等肠道疾病的功能性食品与口服药物制剂提供了具有广阔应用潜力的新策略。
原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.5c22342.
编 辑：万 千
审 核：贾 波
