一种具有强粘附性和增强成骨特性的水凝胶，用于软骨缺损修复

《Reactive and Functional Polymers》：A robustly adhesive hydrogel with enhanced osteogenic properties for cartilage defect repair

软骨修复水凝胶材料研发中，针对现有材料粘附性不足（骨片粘附强度＜0.8 MPa）和骨再生后期离子供应缺乏问题，通过β-TCP/BN/P(AM-PEG)多价键结合体系，创新性地实现水凝胶与骨片1.59 MPa超强粘附，同时精准调控0.21 MPa膨胀应力促进成骨细胞增殖分化，并利用离子交联-静电吸附双机制实现钙离子缓释。研究突破传统水凝胶力学性能与生物活性协同不足的技术瓶颈，为组织工程提供新型支架材料。

　　

雷晨|张杰宇|张波|朱旭浩|肖宇博|赵康|唐玉飞|吴梓翔|谭全昌

摘要

软骨缺损是一种常见的关节疾病。目前用于软骨修复和缺损部位骨再生的水凝胶在早期修复阶段存在粘附性能不足和机械性能较差的问题。此外，后期缺乏生物活性离子供应会阻碍新骨的形成。为了解决这些问题，通过离子交联技术在β-TCP和BN表面原位生长P(AM-PEG)，合成了以BN作为桥接结构的β-TCP/BN/P(AM-PEG) (TBPAP)水凝胶。TBPAP的一个关键创新在于其出色的粘附性能，这种性能通过共价键合、离子相互作用和静电吸附等多种机制协同实现。具体而言，TBPAP与骨片之间的界面粘附强度达到了1.59?±?0.04?MPa，远高于许多现有水凝胶。同时，桥接结构的BN以及β-TCP与水凝胶之间的配位键的形成增强了其压缩性能。TBPAP水凝胶的另一个创新在于其膨胀应力的精确量化，其膨胀应力范围为0.15?MPa至0.24?MPa。细胞加压培养实验表明，0.21?MPa的膨胀应力最有利于成骨细胞的粘附、增殖和早期分化。此外，TBPAP通过离子交联和静电吸引力实现了钙离子的持续释放。这些发现表明，TBPAP有效克服了现有水凝胶的局限性，在软骨修复和骨再生方面具有显著的临床应用潜力。