基于聚γ-谷氨酸/透明质酸的自修复水凝胶原位形成羟基磷灰石及其骨修复应用研究

针对骨缺损修复材料机械强度不足、易损伤等问题，研究人员通过希夫碱反应开发了具有原位羟基磷灰石(HAp)形成的自修复PGA/HA水凝胶。该材料在室温下可快速凝胶化（<5分钟），具有可注射性，其机械强度随HAp含量增加显著提升（最高达48.9 kPa），同时保持低溶胀率（24%）和骨粘附性，为骨组织工程提供了新型智能材料解决方案。

　　

骨缺损修复一直是临床面临的重大挑战，传统骨移植存在手术创伤大、炎症风险高等问题。虽然金属、生物陶瓷等材料已被广泛应用，但这些材料往往缺乏理想的骨诱导性和生物相容性。近年来，水凝胶因其三维多孔结构和良好的生物相容性成为研究热点，但常规水凝胶机械强度不足，难以满足承重骨修复需求。更棘手的是，水凝胶在体内易发生机械损伤，导致功能失效。如何在保持水凝胶生物活性的同时提升其力学性能和自修复能力，成为骨组织工程领域亟待突破的科学难题。

针对这一系列问题，来自大阪大学的研究团队创新性地将天然生物高分子聚γ-谷氨酸(PGA)和透明质酸(HA)与羟基磷灰石(HAp)结合，通过希夫碱反应开发出具有原位HAp形成能力的自修复水凝胶。这项发表在《Polymer Degradation and Stability》的研究，通过将己二酸二酰肼修饰的PGA(PADH)与氧化透明质酸(OHA)在钙/磷酸盐离子存在下混合，实现了快速凝胶化(<5分钟)和HAp的原位矿化。

研究主要采用核磁共振(¹HNMR)和傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)表征材料结构，通过流变学和压缩测试评估力学性能，结合扫描电镜(SEM)和热重分析(TGA)观察HAp形貌与含量，并采用鸡骨模型验证材料粘附性。

研究结果显示，通过调控钙离子浓度(0.25-1.0 mol/L)，成功制备了系列PADH-OHA-CaP水凝胶。XRD证实HAp特征峰(26°和32°)的出现，且峰强度随钙离子浓度增加而增强。TGA分析显示HAp含量最高可达39.55%(PADH-OHA-CaP1.0)，这与SEM观察到的HAp颗粒增多现象一致。力学测试表明，含HAp水凝胶的储能模量(G')显著提升，PADH-OHA-CaP1.0达到48,908 Pa，压缩应力超过250 kPa，远高于常规水凝胶。

特别值得注意的是，这些水凝胶展现出优异的自修复性能。通过可逆酰腙键作用，切割后的水凝胶在37°C下能自发愈合，PADH-OHA和PADH-OHA-CaP0.25的修复效率分别达100%和94%。虽然高HAp含量水凝胶(如PADH-OHA-CaP1.0)的修复效率降至38%，但仍保持结构完整性。此外，OHA中的醛基能与骨组织中氨基发生希夫碱反应，使水凝胶与鸡骨形成紧密粘接，界面无可见间隙。

该研究的创新价值在于：首次将PGA的HAp成核特性、HA的ECM仿生功能与动态共价化学相结合，开发出兼具高强度、快速自修复和骨粘附性的智能水凝胶。相比传统方法需要14天形成HAp，该体系在5分钟内即可完成凝胶化和初步矿化。材料可注射特性使其能适应不规则骨缺损，而低溶胀率(24%-62%)确保在体液环境中保持结构稳定。这些突破为骨再生医学提供了新型材料平台，特别是对于承重骨缺损修复具有重要应用前景。未来研究可进一步优化HAp含量与自修复效率的平衡，并开展体内骨再生效果评估。