综述：生物聚合物水凝胶在生物医学中的应用：连接化学、生物学与临床转化

（编辑推荐）本综述系统阐述了生物聚合物水凝胶（Biopolymer hydrogels）如何通过可调粘弹性（弹性模量1–100 kPa）、多刺激响应性（酶/pH/ROS）及时空生物活性，桥接化学设计与临床需求。重点解析了蛋白-多糖互穿网络（如明胶-氧化藻酸盐）在阶段性细胞因子释放（IL-10/TGF-β双递送）和干细胞分化调控（YAP/TAZ机械转导）中的突破，同时指出临床转化需攻克注射性与负载能力平衡、降解动力学同步化等挑战。

　　

Abstract
生物聚合物水凝胶正通过融合生态可持续性与动态生物功能，革新生物医学领域。这类源自多糖（如壳聚糖、透明质酸）、蛋白质（如胶原蛋白、丝素蛋白）及核酸的材料，通过可调粘弹性（弹性模量1–100 kPa）、多刺激响应性（酶/pH/ROS）及仿生ECM特性，为组织再生和精准治疗提供解决方案。最新进展包括：明胶-氧化藻酸盐互穿网络实现IL-10/TGF-β时序释放，糖胺聚糖模拟水凝胶通过刚度介导YAP/TAZ通路调控干细胞分化。但临床转化仍需解决注射性与力学性能的平衡、降解动力学匹配组织重塑阶段等问题。

Introduction
心血管疾病、关节炎等疾病治疗面临生物利用度低和手术创伤的挑战。水凝胶因其类ECM结构和可调物化性质成为理想替代，但合成水凝胶（如PEG基）缺乏生物活性。天然生物聚合物水凝胶凭借RGD序列等内源活性位点克服此局限，但存在批次差异（蛋白质基）或需化学修饰增强稳定性（多糖基）的问题。胶原-透明质酸杂化网络通过动态交联实现1–100 kPa弹性模量跨越，在骨软骨修复中成功应用IL-10/TGF-β双递送策略。

Materials for biopolymer-based hydrogel
多糖类（如壳聚糖、HA）的羟基/氨基/羧基支持功能化修饰，蛋白质基材料（如胶原）则直接提供细胞粘附位点。核酸水凝胶通过碱基配对实现精准组装，但需注意相分离风险。

Fabrication methods
物理交联（如离子键、氢键）保留生物活性但力学性能较弱；化学交联（如Schiff碱、点击化学）增强稳定性但可能影响降解性。新兴的酶响应交联和4D生物打印技术赋予材料动态适应性。

Biomedical applications
• 创面修复：透明质酸水凝胶维持湿润环境并递送VEGF
• 药物控释：pH响应性壳聚糖实现炎症靶向释药
• 组织工程：丝素蛋白支架引导神经轴突定向生长

Biosafety evaluation
自修复水凝胶通过动态共价键（如硼酸酯）减少异物反应，但需评估降解产物对巨噬细胞极化（M1/M2）的影响。

Conclusions and prospects
未来需结合机器学习优化多组学定制方案，并建立标准化验证体系，推动水凝胶从生物支架升级为智能诊疗系统。