凝聚体是一类由液–液相分离（liquid–liquid phase separation, LLPS）形成的高浓度、动态软物质体系。与传统纳米载体相比，凝聚体不仅可以通过静电作用、疏水作用、π–π堆积、氢键和特异性亲和作用富集治疗分子，还可以在液滴形成过程中实现对大分子药物和多组分药物的物理包载。由于其内部环境高度可调，功能化凝聚体在提高药物负载、保护脆弱治疗分子、实现肿瘤响应释放和联合治疗方面展现出重要潜力。
图 1用于癌症治疗的功能化凝聚体——设计、功能与应用
近日，江苏省生物材料与器件重点实验室张宇教授、马明副教授及武昊安副研究员团队在《Small》上发表综述文章“Functionalized Coacervates for Cancer Therapy: Advances and Prospects in Phase-Separation–Based Intelligent Drug Delivery”。该文系统总结了功能化凝聚体在癌症治疗中的材料设计、结构调控、药物递送机制和应用进展，并讨论了其临床转化中仍需解决的关键问题。
文章首先梳理了功能化凝聚体的材料基础，包括多肽、蛋白质、核酸、多糖、聚电解质、小分子和杂化材料等。不同材料单元决定了凝聚体的相行为、界面性质、黏弹性和药物负载能力。例如，多肽和蛋白质凝聚体可通过氨基酸序列、电荷分布和疏水残基调节相分离；核酸凝聚体具有可编程的结构特征；多糖和聚电解质体系则可通过电荷密度、分子量和离子强度调控稳定性。
在结构设计方面，文章重点讨论了膜化、包覆、多层和囊泡状凝聚体等复杂结构。由于凝聚体通常在水相中形成，且结构高度动态，其界面稳定和外层构建具有一定难度。相关研究通过金属–多酚网络、聚合物壳层、无机纳米颗粒膜、脂质膜和生物分子包覆等策略，提高凝聚体在复杂生理环境中的稳定性，并进一步调节药物泄漏、细胞摄取和体内循环行为。文章指出，成功的界面工程不仅依赖外层保护结构，还需要理解凝聚体界面的特异性相互作用。
图2 功能化凝聚层的形态演变与高级结构。示意图搭配代表性显微图像，展示凝聚层从均一液滴（A、E）向囊泡中空结构（B、F）、覆膜包覆结构（C、G）及多相凝聚层（D、H）的结构转变。
在药物递送机制方面，文章强调，凝聚体的载药能力主要来自LLPS驱动的分子分配，而不仅是简单物理包埋。治疗分子的水溶性、疏水性、电荷状态、两亲性和分子尺寸都会影响其在凝聚体浓相和外部稀相之间的分配。对于带电药物、核酸和蛋白，静电作用往往是主要驱动力；对于疏水小分子和芳香药物，疏水作用、π–π堆积和局部低极性微环境有助于提高负载效率；对于大分子和多组分药物，液滴形成过程中的物理捕获同样重要。
图3 功能化凝聚层的载药能力提升与稳定性优化。A）用于溶瘤病毒包封及胞内递送的凝聚层囊泡示意图。B）6 -羧基荧光素标记胆固醇修饰单链DNA（绿色）与花青素5标记生物制剂（红色）的荧光显微图像；比例尺：10微米；放大图比例尺：5微米。C、D）采用流式细胞术检测并定量分析TC-1细胞与TC-1-hCD46细胞对腺病毒11型的细胞摄取情况（C为检测图谱，D为定量结果）。
在体内递送过程中，长循环和精准富集是功能化凝聚体走向癌症治疗应用的重要前提。文章总结了调控凝聚体体内行为的多种策略，包括表面电荷调节、亲水性外层构建、生物膜包覆、靶向配体修饰和细胞表面工程等。与刚性纳米颗粒不同，凝聚体的柔软界面和动态结构会影响其与血清蛋白、细胞膜和肿瘤微环境的相互作用。因此，主动靶向不仅取决于配体–受体识别，也与靶向基团在动态界面上的展示方式、局部多价效应和表面稳定性密切相关。
图4 功能化凝聚液实现长效体内循环与靶向富集。A）不同聚乙二醇修饰长度的类病毒颗粒（VLPs）结构示意图。B）动态光散射法测得的聚乙二醇修饰类病毒颗粒粒径分布。C、D）聚乙二醇修饰肽凝聚液纳米粒（CNs）的细胞摄取实验。E）叶酸修饰碳点的合成流程及聚乙烯亚胺辅助纳米液滴形成示意图。F-H）药物释放与细胞摄取特征曲线：(F) pH值5.4与7.4条件下叶酸修饰碳点载阿霉素制剂、叶酸修饰纳米液滴载阿霉素制剂的阿霉素累积释放量；(G)叶酸修饰碳点载阿霉素、叶酸修饰纳米液滴载阿霉素处理细胞后的荧光定量分析。比例尺：50微米。
肿瘤微环境（tumor microenvironment, TME）响应也是功能化凝聚体实现智能递送的重要机制。肿瘤组织通常具有弱酸性pH、较高还原性、异常酶表达、活性氧水平升高和缺氧等特征，这些内源性差异可被用于触发凝聚体结构转变或药物释放。通过引入酸敏键、二硫键、酶响应基团或氧化还原响应单元，凝聚体可以在血液循环中保持相对稳定，而在肿瘤部位或细胞内环境中发生解体、膨胀、界面重组或分子扩散增强，从而实现更精准的治疗分子释放。这种TME响应能力使功能化凝聚体不仅能够提高药物富集和保护效果，也能够减少非靶组织暴露，为癌症精准治疗提供了重要基础。
图5 功能化凝聚层的肿瘤微环境响应型设计策略。A）偶联铂前药（HEPPt）的糖肽化学结构，以及纳米液滴-单体相变示意图。B、C）载四价铂糖肽的pH响应与氧化还原响应特性：（B）不同pH条件下HEPPt的透射电镜图（比例尺：100纳米）；（C）Cy3/Cy5标记HEPPt的荧光发射光谱。D~F）TPE-GL/HA水凝胶中由基质金属蛋白酶9触发的凝胶-凝聚层相变：（D）TPE-GL的化学结构；（E）基质金属蛋白酶9酶切LAGFY氨基酸序列的示意图；（F）肿瘤细胞内TPE荧光定量检测结果，证实酶激活后细胞摄取效率提升。
在癌症治疗应用方面，该综述系统总结了功能化凝聚体在化疗、核酸治疗、免疫治疗、光疗、磁热治疗、肿瘤栓塞和诊疗一体化等方向的进展。对于化疗，凝聚体可以提高难溶药物的局部浓度和肿瘤富集效率，并通过肿瘤微环境响应释放降低正常组织毒性。对于核酸治疗，凝聚体可以保护siRNA、mRNA和DNA等核酸药物免受降解，并促进细胞摄取和胞内释放。对于免疫治疗，凝聚体可用于递送细胞因子、抗原、免疫佐剂或免疫调节分子，从而提高局部免疫激活效果并减少系统副作用。
图6 功能化凝聚层提升化疗效果。A）赖氨酸/天冬氨酸凝聚层（Coa）形成示意图。B）负载普萘洛尔的凝聚层（Pro@Coa）的载药效率及图像。C）pH响应型药物释放曲线。D）肺转移灶苏木精-伊红染色图（比例尺：1000微米）。E）PGP9.5免疫组化染色图（比例尺：100微米）。F）肝功能（谷草转氨酶、谷丙转氨酶、总蛋白）与肾功能（尿酸、尿素、肌酐）检测结果。
多模态治疗是功能化凝聚体的重要应用方向。由于凝聚体内部微环境可调，并且能够通过不同相互作用同时富集多类治疗分子，它们适合构建化疗–光疗、化疗–免疫治疗、基因治疗–免疫治疗和成像–治疗一体化体系。例如，光敏剂可以被富集在凝聚体浓相中，用于增强光动力或光热治疗效果；磁性组分可以引入凝聚体体系，实现磁响应或磁热治疗；影像探针与治疗药物的共同负载则可以支持治疗过程监测和诊疗一体化。通过这些设计，功能化凝聚体可以从单一药物载体发展为多功能治疗平台。
图7 功能化凝聚层的多模态协同肿瘤治疗。A~C）GW26凝聚层微液滴介导的光热-化疗协同治疗。D、E）胰蛋白酶响应型凝聚层纳米探针用于诊疗一体化成像。
展望未来，文章指出功能化凝聚体的临床转化仍然面临重要挑战。凝聚体的动态性是其功能来源之一，有利于治疗分子富集、分子交换和刺激响应释放；但这种动态性也可能导致液滴融合、粗化、尺寸分布变宽、药物泄漏和稀释后解体。对于需要静脉给药的癌症治疗体系，尺寸和尺寸均一性尤其重要。即使平均粒径处于可接受范围，少量几十微米甚至几百微米的过大液滴仍可能带来体内分布不可预测、血管滞留、快速清除或安全性风险。因此，未来凝聚体制剂不仅需要评价载药量和释放行为，还应系统评估平均尺寸、多分散性、过大液滴比例、胶体稳定性、稀释稳定性和批次重复性。
功能化凝聚体的发展需要从经验性组装进一步走向机制指导设计。未来研究应结合软物质物理、界面科学、计算模拟、机器学习和标准化制剂表征，建立材料组成、相分离行为、内部微环境、药物分配、界面稳定性和体内命运之间的关联。通过更清楚地理解凝聚体的形成机制和功能边界，有望设计出更稳定、更可控、更适合临床转化的相分离药物递送体系。
江苏省生物材料与器件重点实验室硕士生于濮歌为论文第一作者，武昊安副研究员、马明副教授、张宇教授为论文通讯作者。
论文链接：10.1002/smll.74466
研究进展