《Acta Oecologica》：Fiber composite hydrogels and their applications in tissue regeneration
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纤维复合水凝胶通过整合纤维的高机械性能与ECM结构模拟，结合水凝胶的保水能力，在神经、骨骼、血管及皮肤再生中实现协同效应，综述了制备方法、结构优势及未来发展方向。
陈毅路|陈塘|李贵飞|任凯轩|尹静波|严世峰
上海大学材料科学与工程学院聚合物材料系，中国上海200444
摘要
纤维复合水凝胶结合了天然细胞外基质（ECM）的结构仿生特性、高机械强度以及纤维的大比表面积，同时具备水凝胶出色的水合和保水能力。与用于组织再生的纯水凝胶和纤维支架相比，这些复合材料实现了平衡且协同的性能。目前，通过混合、层压、3D打印和原位相分离等多种制备策略来制造这些复合材料。在结构仿生精度、机械性能和活性成分输送方面，它们比纯水凝胶系统有显著提升。因此，在神经、骨骼、血管和皮肤组织再生中，它们表现出比单一成分材料更好的性能，同时具备机械强度和拓扑结构引导能力。本文系统总结了它们的制备方法、结构-功能优势以及在各种组织修复中的应用进展，并对性能提升、工艺优化和智能设计提出了未来发展方向。
重要性声明
纤维复合水凝胶是具有前景的组织再生生物材料。它们结合了天然细胞外基质的结构仿生特性、高机械强度以及纤维的大比表面积和出色的保水能力，克服了传统水凝胶在应用中的局限性。以往的综述大多集中在静电纺丝纤维及其增强效果上，缺乏全面性；而有些综述则范围过于宽泛。本文扩展了纤维类型，比较了多种制备技术，并关注了组织再生应用。此外，还强调了纤维整合带来的优势，包括细胞外基质仿生、机械增强和活性成分输送。本文涵盖了生物材料制备技术、结构-性能关系，并重点关注组织再生这一重要的社会挑战，对读者具有很强的吸引力。
引言
每年，全球有数百万人因创伤性组织损伤或病理组织缺陷而死亡，这对组织损伤的修复提出了严峻挑战[1,2]。由于供体短缺和免疫排斥等关键问题，传统的外科移植难以满足临床需求[3]。组织工程专注于因疾病、创伤等原因受损的组织和器官的结构和功能修复与再生[4,5]。它为传统治疗方法提供了有前景的替代方案，是再生医学的关键方向。天然组织微环境具有复杂的三维ECM网络和协调的细胞生态系统，这对组织工程材料来说是一个巨大的挑战。因此，开发能够模拟天然组织结构和物理化学特性的生物材料对于克服组织再生瓶颈和推进再生医学至关重要[6]。
水凝胶因其类似ECM的结构、高吸水性和保水能力以及生物相容性而成为组织工程的理想材料[[7], [8], [9], [10], [11]]。与传统水凝胶不同，纤维复合水凝胶提供了方向性引导、可调的机械增强和活性成分的高效输送[[12], [13], [14]]，但目前尚无综合性的综述探讨制备策略与再生效果之间的联系[15,16]。本文对相关研究进行了全面总结与分析，明确了当前的研究现状，并为这一动态领域指明了未来发展方向。
本文系统总结了纤维复合水凝胶在组织再生应用方面的最新进展（图1）。首先概述了常见的制备策略：混合、层压、3D打印和原位相分离方法。随后详细介绍了纤维复合水凝胶在再生医学中的固有优势。接着，重点介绍了其在神经、骨骼、血管和皮肤组织再生等特定应用中的前沿进展。最后，提出了纤维复合水凝胶材料面临的主要挑战及其在组织工程应用中的未来发展方向。
章节摘录
纤维复合水凝胶的制备
制备纤维复合水凝胶可以采用多种方法，常用的技术包括混合、层压、3D打印和原位相分离等。不同的制备方法具有不同的优势和局限性，这些因素会影响材料的性能和应用范围。表1总结了各种制备策略的优势、挑战及相应的解决方案。
纤维复合水凝胶的优势
水凝胶被广泛用作组织工程支架材料。然而，由于无法完全模拟ECM的复杂结构、机械性能较差以及活性成分输送效率不足，其在组织工程中的应用受到一定限制。通过引入纤维制备纤维复合水凝胶可以结合两者的优点，弥补各自的局限性，在组织工程中展现出显著优势。
神经组织再生
神经系统是一个复杂的神经网络，负责通过信号机制控制、传递和协调身体功能[63]。但由于神经组织的自我再生能力有限，严重损伤会严重影响患者的生活，甚至危及生命，需要及时干预。虽然自体神经移植和异体神经移植仍是金标准修复方法，但它们也存在一些局限性。
结论与展望
作为一种新兴的生物材料，纤维复合水凝胶在组织再生领域展现出巨大潜力。通过混合、层压、3D打印和原位相分离等多种方法制备纤维复合水凝胶，每种方法都有其独特优势。这种材料巧妙地结合了纤维和水凝胶的优点，能够更好地模拟天然ECM结构，增强水凝胶基体的机械性能，并促进活性成分的有效输送。
作者贡献声明
陈毅路：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、概念构思。陈塘：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、概念构思。李贵飞：撰写——审稿与编辑。任凯轩：撰写——审稿与编辑。尹静波：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取、概念构思。严世峰：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取、概念构思。
