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近年來，水凝膠已經成為最有前途的可注射生物材料之一。水凝膠可以滿足多種臨床需求，例如藥物與細胞的遞送、組織修復與再生、生物黏附和免疫調節。由于水凝膠通常是通過前體溶液的交聯來實現“溶膠-凝膠”轉變，因此可以將其設計為可注射的生物材料，而不損害其原本的功能。可注射水凝膠由于其可調控的物理及化學特性、可控的降解性能、高含水量以及在微創方式下實現遞送的能力，在組織工程和藥物遞送領域中變得越來越重要。通過調控水凝膠的固含量和交聯密度，并引入適當的共價或非共價相互作用，例如靜電相互作用、疏水相互作用等，這些水凝膠可在注射過程中實現生物活性分子的遞送。同時，可注射水凝膠亦可用于細胞的遞送，提供細胞培養所需的三維環境，并通過調控力學性能、化學修飾、生物功能化修飾等手段調控細胞黏附、增殖、分化等行為。這些應用都將又可能大大推動再生醫學臨床實踐走向微創化的進程。 

基于上述研究背景，香港中文大學邊黎明教授課題組于近日發表綜述，回顧了近年來可注射水凝膠的設計和制備的相關進展，以及其在再生醫學中的應用，并對該領域存在的挑戰和潛力進行了展望�？勺⑸渌z需要滿足以下關鍵條件：首先，水凝膠和前體溶液必須具有良好的生物相容性；其次，注射溶液必須在適度的壓力下流動并迅速在目標部位膠凝，注射后水凝膠的機械性能必須迅速增強，保持足夠的完整性和強度。目前的可注射水凝膠大致分為原位交聯水凝膠、大孔水凝膠、水凝膠微粒、動態交聯水凝膠等一系列性能獨特的可注射水凝膠。

圖1  利用β-環糊精與明膠的相互作用設計的超分子可注射水凝膠示意圖

此外，可注射水凝膠作為高度水合的三維網絡，非常適合遞送水溶性小分子或大分子藥物類的活性誘導因子。通過對水凝膠的支架大分子結構的精心設計，可以實現親水性/疏水性活性誘導因子的被動擴散遞送，與具有生物響應性的主動遞送，有效地在凝膠中控制釋放具有促組織再生與免疫調節的的活性誘導分子。除此之外，通過選擇適當的生物活性配體，對水凝膠基本骨架聚合物的化學修飾與生物功能化修飾等手段，我們可以更加精細地調控材料對細胞的引導功能，調節宿主的被動免疫反應。可注射的水凝膠可有效地避免所負載細胞在靶向組織處被機體清理，從而保證所負載細胞在該處的集中有效分布，這些特點對于水凝膠輔助的細胞治療與組織再生具有十分重要的意義。

圖2  一種利用生物標志物的正反饋來主動遞送生物活性分子的可注射智能水凝膠示意圖

  在未來的研究工作中，課題組將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發，以進一步滿足可注射水凝膠在再生醫學領域的應用要求，為可注射水凝膠推動的臨床應用微創化進程做出努力。上述工作以專論形式發表在《高分子學報》2021年第1期， doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2020.20126，題目為“可注射水凝膠及其在再生醫學領域的應用“，馮茜博士、張琨雨博士、李睿博士為文章共同第一作者，邊黎明教授為通訊作者。

  原文鏈接：https://doi.org/10.11777/j.issn1000-3304.2020.20126