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本文聚焦关节软骨损伤（ACI），综述了水凝胶支架在其修复与再生中的研究进展。阐述了传统治疗局限，介绍了基于干细胞的水凝胶支架疗法，对比了天然和合成聚合物水凝胶支架的优缺点，探讨了临床应用现状与挑战，展望了未来发展方向。
关节软骨损伤与治疗现状
关节软骨是一种特殊组织，主要由胶原蛋白、蛋白聚糖和软骨细胞构成，缺乏血液、神经和淋巴，自我修复能力差。关节软骨损伤（ACI）由多种因素引发，如缺乏经典愈合反应、衰老、肥胖和创伤等，可导致创伤性关节炎、骨关节炎（OA），甚至关节破坏。其发病率约 36%，但有效治疗手段匮乏。传统治疗方法包括非手术和手术治疗。非手术治疗通过保守手段缓解疼痛；手术治疗如微骨折、骨软骨异体移植、自体软骨细胞移植等，虽能改善关节功能，但存在诸多局限，如微骨折长期效果有限，骨软骨移植有供体问题和感染风险，自体软骨细胞移植术后康复困难，且这些治疗常形成纤维软骨，其性能不如天然关节软骨。
干细胞基水凝胶支架治疗 ACI
随着生物医学技术发展，以干细胞、生长因子和支架材料为核心的再生医学和组织工程为 ACI 治疗带来希望。干细胞和生长因子可分化软骨，但直接关节内移植间充质干细胞（MSCs）存在细胞分散、接种数量不足和易降解等问题。水凝胶支架能为细胞提供保护和适宜微环境，促进其黏附、存活、分化。1960 年合成的水凝胶开启了相关研究，如今基于不同水凝胶支架的干细胞软骨组织工程取得进展。例如，侯等人制备的可注射超分子水凝胶能促进软骨组织再生；郝春祥团队的骨软骨一体化多相支架具有良好生物相容性；Oju Jeon 和 Eben Alsberg 开发的光交联海藻酸盐水凝胶可改善人 MSCs 的黏附、铺展和增殖。此外，免疫反应影响治疗效果，自体细胞移植可降低免疫排斥风险，多项研究证实其在软骨修复中的有效性。
天然和合成聚合物水凝胶支架
天然水凝胶支架材料主要包括多糖和聚氨基酸或蛋白质，具有良好生物相容性、亲水性和低免疫原性，能有效模拟细胞外基质（ECM），促进软骨修复，但存在强度和韧性低等缺点，常需化学修饰等处理。
- 多糖类：透明质酸（HA）由特定糖类交替共聚而成，在关节营养、润滑和减震中起重要作用，可调节组织环境，促进软骨再生，但机械性能差、降解快，经化学修饰可改善。壳聚糖是脱乙酰化产物，生物相容性好，能促进软骨再生，但其水凝胶存在性能不足，需添加交联剂等改进。海藻酸盐是阴离子多糖，亲水性和生物相容性高，可修复软骨，但临床应用受机械强度低等限制，可通过多种方法改性。
- 聚氨基酸类：胶原蛋白是大分子，广泛存在于组织中，具有多种优良特性，可促进细胞生长和软骨再生，但纯胶原蛋白水凝胶机械性能差，需化学交联增强。丝素蛋白由亲水和疏水部分组成，有良好性能，其水凝胶可修复软骨，且可通过修饰增强机械强度。明胶由胶原蛋白水解而成，是常用载体，能促进软骨形成，但作为修复材料有热稳定性和机械强度低的问题，可通过修饰改善。
合成聚合物水凝胶支架通过化学合成制备，兼具天然水凝胶的生物相容性和更优的机械性能、可控的理化特性，但部分合成聚合物含催化剂，可能有毒性。
- PEG：聚乙二醇（PEG）由环氧乙烷聚合而成，生物相容性和机械性能良好，可改善富血小板血浆（PRP）稳定性，调节生长因子释放，但需修饰以提高细胞刺激响应。
- PLA：聚乳酸（PLA）由乳酸缩聚形成，有两种光学形式，是常用的软骨修复材料，可负载生长因子促进软骨再生，但存在强度低、降解慢等问题，可通过添加改性剂等优化。
- PVA：聚乙烯醇（PVA）由聚醋酸乙烯酯醇解得到，生物相容性好、机械性能优良、摩擦系数低，是有前景的软骨组织工程材料，多种 PVA 基水凝胶表现出良好性能，但纯 PVA 水凝胶机械性能较弱。
可注射水凝胶支架
可注射水凝胶能将细胞、生长因子等输送到损伤部位，减少手术创伤和并发症，成为研究热点。其制备材料包括天然和合成聚合物，交联方式有物理和化学交联。物理交联生物相容性好，可在一定条件下降解，如通过热响应或超声激活等方式制备的水凝胶能促进软骨愈合；化学交联操作简单，但可能残留未反应单体或交联剂影响生物相容性，如通过巯基 - 烯迈克尔加成反应等制备的水凝胶在软骨修复中发挥作用。将物理和化学方法结合（双交联法）制备的水凝胶机械强度更高、稳定性更好，在软骨损伤修复中展现出巨大潜力。
水凝胶临床应用进展与挑战
水凝胶在 ACI 治疗的实验研究中广泛应用，部分已进入临床实践并展现出良好修复性能。例如，将异体脐带血来源的 MSCs 封装在 HA 水凝胶中移植，7 年随访无不良现象；ChonDux 水凝胶支架可有效修复膝关节软骨缺损；多种水凝胶在不同关节损伤治疗中均取得一定成效，改善了患者症状和生活质量。然而，水凝胶用于 ACI 治疗仍面临挑战。目前研究不够深入，对其组成、结构等对软骨修复的影响了解有限；临床试验多为小批次，大规模应用进展缓慢；水凝胶生产过程受多种因素影响，其机械性能和稳定性有待提高，成本控制也是实现商业化的关键。
结论与展望
ACI 受多种因素影响，对患者生活造成严重影响。水凝胶在 ACI 治疗中具有诸多优势，如生物相容性、可降解性，可设计成不同类型满足需求，但也存在不足。天然聚合物水凝胶支架机械强度低、降解快，不利于软骨形成；合成水凝胶细胞黏附性和生物安全性不足。未来，可结合不同材料优势制备性能更优的水凝胶。同时，仍有许多问题待研究，如治疗效果、最佳移植时间、干细胞逃逸、生长因子控制和药物释放速率等。随着研究深入，水凝胶有望成为治疗软骨损伤的有效药物和细胞载体。
