综述：可注射水凝胶在药物递送中的研究进展与挑战

本综述系统阐述可注射水凝胶（Injectable hydrogels）作为多功能生物材料的独特优势，包括剪切稀化行为、可调机械性能和生物相容性，重点分析其动态多孔网络结构在药物精准递送（Drug delivery）、可控释放（Controlled release）及组织工程（Tissue engineering）中的应用，并探讨临床转化面临的挑战与未来发展方向。

　　

三维网络结构

可注射水凝胶的多孔三维结构是其核心特征，孔隙率直接影响营养物质传输、细胞迁移和药物释放速率。通过调整交联密度或引入致孔剂可精确调控孔径分布，例如温度敏感型聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）在32°C时发生相变形成互穿网络，而光交联甲基丙烯酰化明胶（GelMA）能通过紫外光引发聚合构建仿生拓扑结构。这种结构不仅负载药物效率高达90%，还能模拟细胞外基质（ECM）微环境促进干细胞定向分化。

药理作用机制

作为智能递送系统，水凝胶通过pH响应（如羧甲基壳聚糖在肿瘤酸性环境解离）、酶响应（基质金属蛋白酶MMP-2触发降解）等机制实现靶向释放。实验表明，负载阿霉素（DOX）的透明质酸水凝胶在病灶部位缓释72小时，药效提升3倍且心脏毒性降低50%。其生物降解产物如乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）片段可通过肝肾代谢完全清除，符合临床安全性要求。

材料分类体系

天然材料（如胶原、海藻酸钠）具有固有生物活性但力学性能较差，而合成材料（如聚乙二醇PEG、聚己内酯PCL）机械强度可调却缺乏细胞识别位点。最新研究将两者复合，如丝素蛋白（SF）与聚环氧乙烷（PEO）共混，既保留促细胞黏附的RGD序列，又使压缩模量提升至200 kPa，满足软骨修复需求。

制备技术革新

物理交联法（如离子交联海藻酸钙）操作简便但稳定性差，化学交联法（点击化学反应）形成永久网络却可能产生细胞毒性。新兴的仿生矿化技术将羟基磷灰石（HAp）纳米晶沉积于水凝胶骨架，使抗压强度达到自然骨水平的80 MPa，同时保持注射流动性。微流控3D打印技术更可实现血管网络的原位构建，通道精度达20 μm。

临床转化瓶颈

当前主要障碍包括：① 针头堵塞（高浓度聚合物导致剪切应力＞50 Pa·s）；② 体内降解不可控（酶解速率个体差异达300%）；③ 规模化生产时的批次差异（孔径变异系数＞15%）。解决方案如开发自润滑涂层针头、引入双荧光标记降解监测系统等已进入FDA预审阶段。

未来发展方向

前沿研究聚焦于：① 四维（4D）打印形状记忆水凝胶，在磁场刺激下实现血管支架的按需扩张；② 类器官培养专用水凝胶基质，整合Wnt/β-catenin通路激活因子；③ 可穿戴水凝胶传感器，通过阻抗变化实时监测肿瘤复发。这些突破将推动个性化医疗（Personalized medicine）进入新纪元。