综述：水凝胶作为骨再生平台的适用性：小型综述

这篇综述系统探讨了水凝胶在骨组织工程（BTE）中的应用潜力，重点分析了天然（壳聚糖CS、明胶Gel、海藻酸盐Alg）、合成（聚乙烯醇PVA、聚乙二醇PEG）及杂化聚合物基质的功能特性，并评述了掺入羟基磷灰石（HAp）、金属氧化物等生物活性颗粒对骨诱导性、机械性能和抗菌活性的提升作用。文献调研（2015–2025）表明，天然聚合物主导当前研究，常与纳米颗粒联用以克服细胞黏附与力学强度局限，其结构可调性和功能化潜力为复杂骨缺损修复提供了创新解决方案。

　　

引言

中大规模骨缺损是全球性临床难题，每年影响数百万人。传统疗法如自体/异体移植存在供区并发症和免疫原性等问题，而水凝胶因其高含水率、可调孔隙率和模拟细胞外基质（ECM）的能力成为BTE研究热点。近年来，3D生物打印和静电纺丝等技术进一步拓展了水凝胶的结构与功能多样性，为个性化骨修复开辟新途径。

骨组织结构与再生机制

骨组织由无机相（羟基磷灰石晶体）和有机相（I型胶原）组成，具有独特的皮质骨-松质骨分层结构。骨折愈合涉及炎症期、修复期和重塑期，其中血管化和成骨细胞分化是关键环节。然而，病理状态或感染常导致愈合障碍，凸显生物材料介入的必要性。

水凝胶的特性与分类

水凝胶通过物理/化学交联形成三维网络，其孔隙率促进营养扩散和细胞迁移。天然聚合物（如CS含氨基阳离子）生物相容性优异但力学性能不足；合成聚合物（如PEG可功能化RGD肽）机械可调却缺乏细胞黏附位点。混合基质（如CS/Alg/PVA）可协同增强性能，而冻融循环或光交联能优化结构稳定性。

天然聚合物水凝胶的骨修复应用

壳聚糖：源自甲壳素的CS通过氨基质子化促进细胞黏附，但其酸性溶解性差需复合改性。研究显示，CS/HAp复合水凝胶在兔颅骨缺损中实现4-8周内血管化骨再生。

明胶：胶原衍生的Gel保留Gly-X-Pro序列，但易被蛋白酶降解。通过甲基丙烯酸化修饰的GelMA水凝胶负载BMP-7后，显著促进大鼠股骨缺损修复。

海藻酸盐：Ca²⁺离子交联的Alg孔隙率高，但需整合nHAp或RGD肽以增强成骨活性。双交联（光固化+铜离子）Alg水凝胶可加速大鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs）的成骨分化。

合成聚合物与纳米颗粒的协同效应

PVA通过冻融循环形成高强网络，但需复合TA/HAp提升生物活性；PEG的“隐形”特性易引发抗体反应，需化学修饰降低免疫原性。陶瓷纳米颗粒（如HAp占研究49%）显著促进矿化，而金属氧化物（如ZnO/TiO₂）兼具抗菌性。银纳米颗粒（AgNPs）在感染性骨缺损中展现双重抑菌-成骨功能。

前沿技术与未来方向

3D生物打印：患者特异性支架可精确控释生长因子，但规模化生产仍是瓶颈。

静电纺丝：纳米纤维增强的Gel/PCL水凝胶引导细胞定向生长，促进兔骨缺损修复。

干细胞疗法：MSCs封装于光响应水凝胶中，联合miR-26a递送可加速大鼠颅骨再生。

结论

水凝胶的多功能化设计正推动骨再生领域革新。未来需聚焦免疫兼容性优化、标准化动物模型开发及临床转化研究，以实现从实验室到手术室的跨越。