刺激响应型水凝胶在骨修复中的应用综述

高建朋，李 明，唐佩福 解放军总医院第一医学中心 骨科，北京 00853； 国家骨科与运动康复临床医学研究中心，北京 00853

衰老、疾病、创伤等因素引起的骨缺损对人体产生极大危害，因此需要有效的治疗方法实现骨组织的修复和再生。在过去的数十年中，骨移植是治疗骨缺损的金标准[1]。然而，由于骨移植材料来源匮乏、异体骨移植的供体骨组织不健全、感染与并发症风险等，骨移植的应用受到限制[2-3]。因此骨移植替代材料的研发受到学者们的关注。骨修复是由骨细胞、成骨细胞、破骨细胞[三种细胞组成的基础多细胞单元(basic multicellular units，BMUS)]作为一个有机整体共同参与的过程。BMUS作用于骨膜、骨小梁表面以及骨皮质，导致旧骨的吸收与新骨的生成。然而，BMUS的黏附、增殖与分化依赖于良好的细胞微环境，即细胞外基质(extracellular matrix，ECM)，因此模拟天然 ECM 是构造组织工程支架的关键[4]。其中水凝胶因为其良好的生物相容性、生物降解性、亲水性已被广泛应用于生物医学领域，为细胞的黏附、迁移和分化提供了可调的三维支架[5]。然而，传统水凝胶存在机械性能不足、降解速率与骨再生不匹配、材料植入方法单一等缺点。此外，在复杂骨缺损的治疗中，传统水凝胶无法精确填补不规则的缺损部位，这些不足严重限制了其在骨缺损修复中的应用。近年来，随着骨组织工程技术的迅速发展，“刺激响应型水凝胶”被引入骨修复领域，其能够感受温度、光照、pH和磁场等外界物理化学刺激，进而在三维形状、固液相态等性质上触发转变，产生可注射性、自愈合性、形状记忆等性能，使骨修复的治疗实现微创化，并且可以精准匹配复杂的骨缺损，这使其成为骨组织工程中新的支架材料[6]。……