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哈尔滨医科大学张婷综述:智能水凝胶赋能组织修复:材料设计、新兴应用、修复机制与未来挑战

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导读——

组织修复与再生是临床医学的核心难题,智能水凝胶凭借高含水量、优异生物相容性、可降解性与刺激响应特性,成为组织工程领域的研究热点。

主要内容

近日,哈尔滨医科大学团队在BIO Integration发表了题为“Smart Hydrogels Empowering Tissue Repair: Material Design, Emerging Applications, Repair Mechanisms, and Future Challenges”的综述,全面梳理智能水凝胶的分类、交联策略、理化与生物学特性,系统阐述其在皮肤、骨/软骨、神经、内脏四大组织修复场景的应用与机制,并明确现存瓶颈与未来方向,为智能水凝胶的临床转化提供了权威参考。


研究亮点

  • 临床组织修复需求推动智能水凝胶成为前沿研究方向。

  • 智能水凝胶按刺激响应分类,独特的理化性质使其动态适配修复微环境。

  • 多机制协同,在皮肤、骨软骨、神经、内脏修复中展现高效修复能力。

  • 系统梳理研究进展,为突破瓶颈、指导临床应用提供支撑。

核心内容

一、智能水凝胶材料设计

  1. 按来源:天然水凝胶(胶原、透明质酸、壳聚糖、明胶等),生物相容性优、可降解;合成水凝胶(PEG、PVA、PAM等),力学与稳定性强。

  2. 按交联方式:物理交联(氢键、静电作用等,可逆);化学交联(共价键,结构更稳定、力学可控)。

  3. 按刺激响应:温度响应、pH响应、光响应、磁响应,实现环境自适应与药物控释。


二、多组织修复应用与核心机制

1.皮肤组织修复

覆盖烧伤、慢性糖尿病创面、急性损伤、无瘢痕修复。核心机制:抗菌、抗氧化、抗炎、免疫调控、促血管生成,抑制纤维化,实现快速愈合与无瘢痕修复。

2.骨/软骨组织修复

用于不规则骨缺损、糖尿病骨缺损、骨质疏松、骨关节炎、骨肉瘤术后修复。核心机制:成骨诱导、骨传导、促血管再生、抗炎与免疫调控,解决力学不足与降解再生不匹配问题。

3.神经组织修复

应用于中枢神经损伤、神经退行性疾病、外周神经损伤。核心机制:抑制胶质瘢痕、抗炎、提供神经再生微环境、递送神经营养因子,促进轴突再生与功能恢复。

4.内脏组织修复

聚焦肝脏、肾脏、心脏等器官修复。核心机制:快速止血、抗菌、调控病理微环境、抗氧化、抗铁死亡、促进器官结构与功能重建。


三、现存关键瓶颈

1.降解-再生速率不匹配:降解与组织愈合不同步,影响支架功能与修复稳定性。

2.力学性能不足:天然水凝胶强度偏低,难以满足承重/摩擦组织需求。

3.功能单一:传统水凝胶多为载体,难以同时满足黏附、控释、抗炎、促再生等复合需求。

4.规模化制备困难:工艺复杂、批次差异大、成本高,阻碍临床量产。

5.设计效率低:依赖试错实验,缺乏数据驱动的高效筛选体系。


四、未来方向

1.材料改性与多功能整合,优化降解与力学适配性。
2.AI辅助材料设计,提升筛选与开发效率。
3.医工交叉融合,推进个性化、临床可转化体系。
4.建立标准化质控、低温灭菌、低成本规模化生产体系。

总结

智能水凝胶以优异的仿生特性与刺激响应能力,在多组织修复中展现巨大潜力。本综述为其从基础研究走向临床应用提供系统框架,未来通过多学科协同与技术创新,有望成为组织再生与精准医疗的核心载体。

作者简介:

张婷 博士

张婷,哈尔滨医科大学药学院讲师,优秀人才 B 计划入选者,药学博士后。兼任多家学术期刊青年编委与审稿人。主持省部级等各级科研项目 7 项,参与国家自然科学基金面上项目3项。以第一作者或通讯作者(含共同)发表 SCI 论文 15 篇(累计发表 35 篇),单篇最高影响因子 20.3,申请发明专利 7 项。主要从事新型生物材料构建及慢性病诊疗应用研究。

引用方式:

Gong YM, Sun BW, Xiao XY et al. Smart Hydrogels Empowering Tissue Repair: Material Design, Emerging Applications,Repair Mechanisms, and Future Challenges. BIO Integration. 2026. Vol. 7(1);1-26. DOI: 10.15212/bioi-2026-0004

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