稿件创新点：

本文介绍了一种由4-arm PEG-Se-Se-ONH₂、ODEX和4-arm PEG-ONH₂组分构建的超声响应性水凝胶，用于实现抗原的按需可控释放。在体内外实验中，该体系可通过超声触发，在持续释放的基础上叠加多次脉冲释放。疫苗效价评价结果显示，与传统持续缓释模式相比，持续缓释叠加超声脉冲释放的抗原递送方式显著提高了疫苗的免疫效应，在第20、40和60天时抗体滴度分别提升了220倍、440倍和190倍。这一结果证明，在持续释放过程中引入抗原脉冲释放能够显著增强体液免疫水平。同时，以4-arm PEG-ONH₂和ODEX为基础的凝胶具有良好的模块化特性，可通过添加不同组分实现功能拓展，展现出广阔的应用潜力，并为抗原释放动力学研究提供了有力的实验平台。

重要内容：

疫苗是人类应对传染病最有效、最经济的防控手段之一，在公共卫生安全和疾病防治中发挥着不可替代的作用。近年来，疫苗研究的重点主要集中在提高抗原或佐剂向淋巴结的靶向递送效率，以期增强免疫效力。然而，越来越多的证据表明，抗原在体内的释放动力学同样在决定疫苗免疫效能方面起着关键作用。单一的持续缓释模式往往难以模拟自然感染过程中抗原的周期性暴露，从而限制了体液免疫和细胞免疫的充分激活。因此，如何优化抗原释放谱以提升疫苗效力，已成为当前疫苗递送体系研究中的重要挑战。

基于上述背景，中国科学院长春应用化学研究所宋万通研究员联合哈尔滨工业大学郑州研究院司星辉副研究员，在前期发现持续释放的凝胶佐剂能够大幅提升疫苗免疫应答效率的基础上（Adv. Healthc. Mater. 2024, 13, 2400886.)，设计并开发了一种超声响应水凝胶佐剂（URH)，由4-arm PEG-Se-Se-ONH_₂、4-arm PEG-ONH₂和ODEX组分构成（图1)。依托其对超声波高度敏感的响应特性，URH能够在实现持续缓释基础上的叠加脉冲释放，并被证实可以进一步提升抗原引起的特异性抗体滴度水平。

图1 以4-arm PEG-Se-Se-ONH₂、ODEX与4-arm PEG-ONH₂为基础制备超声响应凝胶佐剂（URH)，可以实现稳定持续释放的基础上叠加脉冲释放。这一优化的释放方式进一步提升了体液免疫应答水平。

对URH凝胶的机械性能进行了系统表征，并在体外评估了其在超声触发下的降解与释放模式（图2)。首先，力学性能测试显示，成胶后的URH凝胶强度为4.3±0.2 kPa。自愈实验结果表明，在高剪切速率下，储能模量（G')由约4.3 kPa迅速下降至约100 Pa，而在高剪切停止后，G'能够在4.2±0.3 s内恢复至初始值的(95±3)%，证明该凝胶具有良好的自愈性与可注射性。SEM观察结果显示，凝胶呈多孔结构，孔径约为50±20 μm。进一步对其体外降解与释放行为进行研究表明，在超声触发（1.5 W/cm²，1 MHz，5 min)后的2 h内，凝胶质量每次脉冲下降(13.3±3.1)%；抗原释放实验则显示，在无超声条件下，抗原以(0.8±0.1)%/h的速率持续释放，而在超声触发时，每次超声可实现(14.7±2.1)%的脉冲式累积释放。这些结果表明，URH凝胶对超声具有高度灵敏的响应特性。

图2  URH的体外性能表征。 (a) URH的流变行为；(b) URH剪切变稀行为；(c) URH的自愈性能；(d)可使用22G针头注射URH；(e)冻干URH凝胶的SEM；(f)在pH 7.4的PBS缓冲液中，URH与URH+US的降解曲线。红色箭头表示给予超声刺激；(g)超声触发后2 h内URH凝胶质量的变化量；(h)在pH 7.4的PBS缓冲液中，URH与URH+US中Cy5-OVA的累积释放率；(i)超声触发后2 h内Cy5-OVA的释放量。

此外，本文还系统表征了URH凝胶在体内的降解与释放行为（图3)。为评估其超声触发下的体内响应性，在C57BL/6小鼠左后腿腹股沟区皮下注射300 μL URH（质量分数6%，负载100 μg OVA-Cy5)，并在第24 h、168 h和336 h分别给予超声处理（1.5 W/cm²，1 MHz，5 min)。在预定时间点收集凝胶样品并测量残余质量以绘制降解曲线。结果显示，超声处理组（URH+US)在每次触发后均出现显著降解，质量损失为(24.5±5.1)%，而未处理组仅有(1.1±0.5)%的变化，证实了URH在体内对超声的高度响应性。小动物活体成像系统（IVIS)进一步验证了其脉冲释放特征，Cy5荧光强度在每次超声触发后均下降(12.8±1.7)%。综上，这些结果有力证明了URH在体内同样能够实现超声响应释放。

图3 URH的体内降解及释放表征。(a) URH注射和取样测试流程示意图；(b)在特定时间点收集的凝胶样品照片；(c)体内降解曲线；(d)负载Cy5-OVA的URH在超声与非超声条件下的体内活体成像照片；(e)负载Cy5-OVA的URH在超声与非超声条件下的体内释放曲线。

文章系统评估了优化后的抗原释放模式对体液免疫水平的影响（图4)。在第20、40和60天分别采集小鼠血清，并检测OVA特异性抗体滴度。结果显示，URH+US组的血清OVA特异性抗体滴度在各时间点均显著高于对照组：相较于URH组，分别提升约220倍、440倍和190倍；相较于传统Al佐剂组，更是提升了10,800倍、75,000倍和16,300倍。如此显著的差异充分表明，通过超声触发实现的多次脉冲释放能够有效模拟自然感染过程中抗原的周期性暴露，从而显著增强B细胞的活化和抗体应答。该结果不仅提供了一种新型的可注射凝胶佐剂，并且进一步验证了抗原释放动力学优化在提升体液免疫应答方面的巨大潜力。

图4 URH抗体滴度水平评价。(a)疫苗接种和血液取样测试时间示意图；(b)不同稀释浓度下OVA特异性IgG抗体在第20天、第40天、第60天的吸收强度（OD值)变化曲线；(c)不同处理组第20天、第40天、第60天的OVA特异性IgG抗体滴度。

该工作以“A Single-dose Vaccine Using Ultrasound-responsive Hydrogel for Controlled Antigen Release and Enhanced Immunization Efficacy” 为题，在Chinese Journal of Polymer Science上在线出版。史植元博士是该论文的第一作者，中国科学院长春应用化学研究所宋万通研究员和哈尔滨工业大学郑州研究院司星辉副研究员为共同通讯作者。

Citation:

Shi, Z. Y.; Si, X. H.; Wan, R. M.; Zhu, Z. Y.; Song, W. T.; Chen, X. S. A single-dose vaccine using ultrasound-responsive hydrogel for controlledantigen release and enhanced immunization efficacy. 

Chinese J. Polym. Sci.  2025

DOI: 10.1007/s10118-025-3397-4