香港中文大学边黎明教授课题组：可注射水凝胶及其于再生医学中的应用

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近年来，水凝胶已经成为最有前途的可注射生物材料之一。水凝胶可以满足多种临床需求，例如药物与细胞的递送、组织修复与再生、生物黏附和免疫调节。由于水凝胶通常是通过前体溶液的交联来实现“溶胶-凝胶”转变，因此可以将其设计为可注射的生物材料，而不损害其原本的功能。可注射水凝胶由于其可调控的物理及化学特性、可控的降解性能、高含水量以及在微创方式下实现递送的能力，在组织工程和药物递送领域中变得越来越重要。通过调控水凝胶的固含量和交联密度，并引入适当的共价或非共价相互作用，例如静电相互作用、疏水相互作用等，这些水凝胶可在注射过程中实现生物活性分子的递送。同时，可注射水凝胶亦可用于细胞的递送，提供细胞培养所需的三维环境，并通过调控力学性能、化学修饰、生物功能化修饰等手段调控细胞黏附、增殖、分化等行为。这些应用都将又可能大大推动再生医学临床实践走向微创化的进程。 

基于上述研究背景，香港中文大学边黎明教授课题组于近日发表综述，回顾了近年来可注射水凝胶的设计和制备的相关进展，以及其在再生医学中的应用，并对该领域存在的挑战和潜力进行了展望。可注射水凝胶需要满足以下关键条件：首先，水凝胶和前体溶液必须具有良好的生物相容性；其次，注射溶液必须在适度的压力下流动并迅速在目标部位胶凝，注射后水凝胶的机械性能必须迅速增强，保持足够的完整性和强度。目前的可注射水凝胶大致分为原位交联水凝胶、大孔水凝胶、水凝胶微粒、动态交联水凝胶等一系列性能独特的可注射水凝胶。

图1  利用β-环糊精与明胶的相互作用设计的超分子可注射水凝胶示意图

此外，可注射水凝胶作为高度水合的三维网络，非常适合递送水溶性小分子或大分子药物类的活性诱导因子。通过对水凝胶的支架大分子结构的精心设计，可以实现亲水性/疏水性活性诱导因子的被动扩散递送，与具有生物响应性的主动递送，有效地在凝胶中控制释放具有促组织再生与免疫调节的的活性诱导分子。除此之外，通过选择适当的生物活性配体，对水凝胶基本骨架聚合物的化学修饰与生物功能化修饰等手段，我们可以更加精细地调控材料对细胞的引导功能，调节宿主的被动免疫反应。可注射的水凝胶可有效地避免所负载细胞在靶向组织处被机体清理，从而保证所负载细胞在该处的集中有效分布，这些特点对于水凝胶辅助的细胞治疗与组织再生具有十分重要的意义。

图2  一种利用生物标志物的正反馈来主动递送生物活性分子的可注射智能水凝胶示意图在未来的研究工作中，课题组将致力于天然高分子材料的改性和更多功能性合成高分子材料的研发，以进一步满足可注射水凝胶在再生医学领域的应用要求，为可注射水凝胶推动的临床应用微创化进程做出努力。上述工作以专论形式发表在《高分子学报》2021年第1期， doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2020.20126，题目为“可注射水凝胶及其在再生医学领域的应用“，冯茜博士、张琨雨博士、李睿博士为文章共同第一作者，边黎明教授为通讯作者。

原文链接：
https://doi.org/10.11777/j.issn1000-3304.2020.20126

来源：高分子学报

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