上海大学苏佳灿教授团队--智能水凝胶调控微环境实现骨再生

上海大学苏佳灿教授团队在Research期刊上发表题为“Smart Hydrogels for Bone Reconstruction via Modulating the Microenvironment”的综述文章，介绍了智能水凝胶的优势、最新研究进展、面临的挑战和未来前景，重点关注其如何调控微环境以实现骨再生。

Citation:

Weikai Chen, Hao Zhang, Qirong Zhou, Fengjin Zhou, Qin Zhang, Jiacan Su. Smart hydrogels for bone reconstruction via modulating the microenvironment. Research, 2023, Article 0089. https://doi.org/10.34133/research.0089

一

研 究 背 景

创伤、肿瘤及骨折带来的骨缺损一直是临床工作面临的难点问题。在特定刺激下，智能水凝胶可实现可编程、可控的按需变化，近来在骨缺损治疗中备受关注。通过向水凝胶中引入功能性基团或纳米颗粒，智能水凝胶能够对酶、ROS、紫外光、红外光、温度、磁场及电场等刺激作出快速识别和响应，进而发生成胶、降解、形变、释放药物及能量转换等变化，以实现对骨微环境的时空调控，从而达到高效骨再生（图1）。本文重点介绍了智能水凝胶的优势、最新研究进展、及未来临床转化所面临的挑战和前景。该综述文章对于骨修复水凝胶的设计和开发具有重要参考价值。

图1  智能水凝胶调控微环境实现骨再生

二

研 究 进 展

骨微环境是由多种细胞类型（骨细胞、免疫细胞、成纤维细胞和内皮细胞等）、细胞外基质和细胞因子构成。相较于传统水凝胶，智能水凝胶除了提供骨缺损处的结构支撑外，还可以感知内外环境的刺激，产生相应的物理化学性质变化，从而调节骨微环境促进骨再生。基于智能水凝胶在骨再生中的重要作用，本综述首先介绍了智能水凝胶的优点、合成方法和响应性能，然后系统性阐述响应单一或者多重生化信号、物理信号和电磁刺激的智能水凝胶对生理和病理环境下骨修复的功效及调控机制，并强调其应用仍存在局限性。研究表明，智能水凝胶可以激活成骨和免疫相关信号通路，调控骨再生微环境和免疫微环境促进骨修复。针对复杂的病理性骨微环境，多重刺激响应型水凝胶可被设计并兼具诊断和治疗功能。最后讨论了智能水凝胶在骨治疗中的未来前景和临床转化所面临的挑战。

三

未 来 展 望

智能水凝胶虽能准确释放药物、活性因子以调控骨微环境实现骨再生，但其应用及临床转化仍存在诸多挑战。该综述从智能水凝胶的设计、应用、临床转化和商业化方面进行讨论，并给出了一些建议。随着对智能水凝胶研究的不断深入，其将为骨缺损诊断和治疗提供强大的工具和新思路。

四

作 者 简 介

苏佳灿，教授，骨科主任医师，博士研究生导师，上海大学转化医学研究院院长，代表性论文发表在Advanced Materials, Nano Today, Advanced Functional Materials, Advanced Science, JACS, ACS Nano, Science Advances, Bioactive materials等国际知名期刊。担任中国医师协会骨科医师分会骨质疏松学组副组长，中国医师协会骨科医师分会青年骨质疏松学组组长，中华医学会骨科学分会骨质疏松学组委员，中国老年学和老年医学学会副会长，中国老年学和老年医学学会老年病学分会主任委员，中国生物医学工程学会组织工程与再生医学委员会常委委员，中国生物材料学会再生医学分会委员等。主持国家重点研发计划重点专项，军委科技委重点专项，国家自然基金重点项目等。主要研究领域包括骨与关节退行性疾病基础与临床研究、新型生物材料（细胞衍生物、水凝胶，镁基人工骨等）研发与应用、骨/软骨类器官研发与转化等。

张琴，日本筑波大学工学博士，日本东京女子医科大学博士后，浙江大学博士后，现为上海大学副研究员，硕士生导师。主要从事生物材料、干细胞与组织再生、疾病诊疗应用理论及实践研究。以第一/通讯作者在Nano today、Applied Materials Today、Bioactive Materials、Research、Acta Biomaterialia等国际权威SCI杂志发表论文20余篇，单篇最高引用次数303。主持国家自然科学基金青年基金、上海市自然科学基金面上项目、上海大学青年英才启航计划、中国博后科学基金面上项目（一等资助），以重要骨干身份参与国家自然科学基金重点项目。

周凤金，临床医学博士，副主任医师。从事骨科临床研究22年，主要研究方向包括创伤骨折的固定及重建、骨质疏松性骨折的诊治、骨盆及骶骨伤病的诊治。中国老年病学会和老年医学学会老年病学分会骨科分委会常委，中华医学会青年委员会骨质疏松学组委员，中国医师协会急救创伤学组委员，中国医师协会骨质疏松学会青年委员会委员。荣获军队医疗成果三等奖4项，共发表医学论文60篇，中文论文48篇，英文SCI收录论文12篇，参编英文专著1部。荣获国家专利6项，其中发明专利2项，实用新型专利4项。

转自：“蔻享学术”微信公众号

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