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光交联功能化水凝胶促进骨修复研究进展
排尔哈提·亚生, 陆云, 王磊磊, 李哲, 宋兴华, 盛杰
中华老年骨科与康复电子杂志 .
2026, 12 (04):
243-249.
传统骨修复材料存在生长因子稳定性差、释药过程难以精确控制及病理微环境适应不足等问题。功能化光交联水凝胶可通过组分与交联网络设计改善局部递送，并调节免疫、代谢、氧化还原及血管生成微环境。本文综述功能化水凝胶促进骨再生的研究进展，重点分析微环境重编程、刺激响应释放、仿生设计及多层级协同修复机制。现有研究表明，物理、化学及多重刺激响应体系可提高活性物质释放的时空可控性，材料组成、结构和界面特性则可影响巨噬细胞极化、干细胞成骨分化及血管-骨耦合。当前证据仍以细胞和动物研究为主，临床转化尚需解决规模化制备的一致性、长期生物安全性、监管分类及临床有效性验证等问题。功能化水凝胶有望由被动递送载体发展为可调控的骨缺损修复平台。
图1 光交联功能化水凝胶调控骨缺损微环境的策略示意图。图中从左至右概括：（1）传统递送体系存在生长因子突释、局部滞留不足、稳定性欠佳和功能单一等局限；（2）功能化水凝胶可从免疫、代谢、氧化还原及血管生成四个维度调节局部微环境；（3）物理刺激、化学微环境及多重响应网络可用于调控材料状态和载荷释放；（4）信号通路、细胞间通讯和生物因子序贯释放共同参与免疫-血管-成骨耦合；（5）3D生物打印和个体化结构设计为临床转化提供制造路径。图中的数字孪生和微传感器监测属于前瞻性概念，尚需实验和临床验证注：骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）与人脐静脉内皮细胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVECs）的空间组织可促进血管-骨耦合。骨形态发生蛋白-2（bone morphogenetic protein-2，BMP-2）与神经生长因子（nerve growth factor，NGF）的序贯释放可通过降钙素基因相关肽（calcitonin gene-related peptide，CGRP）相关信号协调神经重建和成骨；CGRP还参与H型血管与成骨祖细胞的耦合。D-甘露糖可调节核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3（NOD-like receptor family pyrin domain-containing 3，NLRP3）炎症小体及三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA cycle），ROS响应体系则通过清除活性氧（reactive oxygen species，ROS）改善氧化应激。PI3K-AKT、Wnt/β-catenin和NF-κB等通路的变化应结合具体材料与细胞模型解释
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