《Materials Today Communications》：Research and Prospects for Materials in Ophthalmology: A review
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眼科疾病仍是全球不可逆视力损害的主要原因。尽管传统药物疗法和手术干预已显著改善了临床管理，但其疗效仍受到眼部生物利用度低、组织再生不足、供体短缺及术后并发症等因素的限制。生物材料领域的进展通过合理的材料设计与功能工程为应对这些挑战提供了新的机遇。本综述从材料学
眼科疾病仍是全球不可逆视力损害的主要原因。尽管传统药物疗法和手术干预已显著改善了临床管理，但其疗效仍受到眼部生物利用度低、组织再生不足、供体短缺及术后并发症等因素的限制。生物材料领域的进展通过合理的材料设计与功能工程为应对这些挑战提供了新的机遇。本综述从材料学视角总结了眼科生物材料的最新进展，将其分为天然聚合物、合成聚合物、金属材料、复合材料、纳米材料、水凝胶及脱细胞细胞外基质（decellularized extracellular matrix, dECM）等类别。针对每一类别，研究人员探讨了材料组成、结构特征、生物学性能与眼科应用之间的关系，重点关注角膜修复、视网膜药物递送、玻璃体替代物、人工晶状体（intraocular lens, IOL）与接触镜材料、眼眶重建、青光眼治疗及眼组织工程等领域。研究人员特别关注了当前通过分子修饰、复合设计与结构优化来改善力学性能、降解行为、生物活性、靶向递送及微环境响应性能的策略。此外，研究人员还强调了剩余的转化障碍，包括长期生物安全性、制造一致性、大规模生产及临床验证。通过将材料工程的最新进展与智能化和仿生设计的新兴理念相结合，本综述从材料科学视角对眼科生物材料进行了结构化的叙述性综合，并指出了开发具有更高治疗疗效和临床可转化性的多功能材料的未来方向。
**眼科生物材料研究：从材料学视角的进展与转化挑战**
**一、研究背景与问题**
眼科疾病，包括角膜疾病、青光眼、白内障、视网膜变性和眼外伤等，是全球范围内视力损害和致盲的主要原因。尽管药物和手术治疗已显著改善了临床管理，但许多眼部疾病在恢复组织结构、维持视功能和实现持续治疗效果方面仍面临挑战，尤其是在需要组织再生、长期局部药物递送或重建受损眼部结构的情况下。眼的独特解剖和生理特点构成了治疗的主要障碍：角膜需在维持足够力学强度的同时保持透明；血-视网膜屏障限制大多数治疗药物进入眼后段；持续的泪液更新、瞬目和鼻泪管引流使局部给药药物迅速清除，导致眼部生物利用度极低。此外，不同眼组织的力学性能、细胞外基质成分、血管分布和再生能力差异显著，要求生物材料必须根据特定眼组织的功能需求进行设计，而非作为通用材料使用。当前临床方法主要依赖局部用药、眼内注射、手术和组织移植，但每种策略均存在重要局限。这些挑战推动了能够同时提供结构支撑、调节局部微环境并改善药物递送的生物材料研究。
**二、研究内容、结论与意义**
本综述以材料学视角，将眼科生物材料系统性地分类为天然聚合物、合成聚合物、金属材料、复合材料、纳米材料、水凝胶和脱细胞细胞外基质（decellularized extracellular matrix, dECM）七大类，系统阐释了材料组成与结构特征对力学、光学、降解、生物学和药物递送性能的影响，并结合具体材料类别探讨了其在角膜修复、眼表重建、视网膜药物递送、玻璃体替代、人工晶状体与接触镜材料、青光眼治疗、眼眶重建及眼组织工程等领域的代表性应用。综述强调材料-组织匹配、结构-性能关系，以及生物学性能、力学稳定性、制造可行性和长期安全性之间的权衡。通过对各材料类别代表性研究的系统梳理，研究人员指出，当前尚无单一生物材料能满足所有眼科需求，材料的合理选择需在多因素之间取得平衡。同时，综述揭示了当前研究向化学修饰、复合设计和结构优化等方向发展的共同趋势，并明确了长期生物安全性、制造一致性、大规模生产和临床验证等关键的转化障碍。该综述为眼科生物材料领域提供了从材料学视角出发的结构化参考框架，有助于理解不同材料在眼部应用中的选择依据和改性策略。
**三、关键技术方法概述**
本综述采用叙述性综述方法，而非系统性综述，故未采用PRISMA 2020指南。研究人员在PubMed和Web of Science进行了结构化文献检索，辅以Google Scholar补充来源，覆盖2021年4月至2026年4月间的文献，早期研究在构成材料平台或器械的基础性描述或提供关键临床证据时予以保留。检索策略结合三组术语（眼部术语、材料术语及应用术语，组内以OR连接、组间以AND连接）。去重后共识别4430条记录，由两位研究人员（Z.S.和Z.J.）进行标题和摘要筛选，评估1220篇全文，最终引用108篇研究。
**四、研究结果**
**3. 天然聚合物材料**：天然聚合物因与天然细胞外基质成分相似而具有良好的生物相容性，常用于眼表修复和组织工程。胶原蛋白研究聚焦于通过聚合物共混、结构调控和功能修饰改善力学强度和生物活性；壳聚糖凭借粘附性，在药物递送和智能递送系统方面应用广泛；丝素蛋白因良好的力学性能和缓慢降解特性适用于角膜组织工程；透明质酸在角膜修复和玻璃体内药物递送中发挥作用，已有临床研究验证其作为视网膜补片的可行性；海藻酸盐通过化学改性和复合设计应用于生物打印和药物递送；纤维蛋白-琼脂糖混合支架已进入早期临床评估；鱼鳔、蛋壳膜等新兴天然生物材料也展示了应用潜力。
**5. 合成聚合物材料**：依据体内降解行为分为可降解和不可降解两类。聚乳酸-羟基乙酸共聚物（poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA）因降解可控和安全性得到广泛研究，其地塞米松玻璃体内植入剂（Ozurdex）已进入常规临床应用；聚己内酯（polycaprolactone, PCL）凭借良好的力学强度应用于组织工程支架，但疏水性需表面修饰改善；聚乳酸（poly(lactic acid), PLA）在视网膜色素上皮细胞培养和视网膜组织工程中展现了结构优势；聚乙二醇（polyethylene glycol, PEG）作为功能组分常用于构建温敏水凝胶，但大动物模型中观察到轻微玻璃体炎症反应；氧化再生纤维素作为可降解青光眼引流装置材料，在兔模型中展示了暂时支撑和组织重塑作用。不可降解聚合物主要包括多孔聚乙烯（用于眼眶重建）、聚乙烯醇（聚乙烯醇，用于活体材料和眼表模型）和硅橡胶（用于眼眶重建，但术后血肿发生率较高）。合成聚合物的成熟临床应用包括人工晶状体和接触镜，其中人工晶状体材料的选择需平衡光学性能、力学行为和长期生物相容性；接触镜材料则需平衡透氧性、含水量、表面润湿性和佩戴舒适性，药物递送接触镜已有品种进入III期临床试验。
**6. 金属材料**：钛及钛合金因高强度、耐腐蚀性和长期稳定性，主要用于眼眶重建和可植入装置，三维打印技术可制造个体化植入体；镍钛合金凭借形状记忆效应和超弹性，用于青光眼Schlemm管微支架，HORIZON随机对照试验证实其临床疗效，另用于泪道手术器械；镁合金作为可降解金属材料，在青光眼引流装置中展现了完全吸收的优势，但腐蚀产氢问题仍待解决。
**7. 复合材料**：复合材料通过结合不同组分获得单一材料无法实现的性能。聚合物-聚合物复合材料通过不同聚合物的优势互补用于角膜修复和药物递送；聚合物-生物材料复合系统结合合成聚合物与天然细胞外基质改善组织工程支架的生物学性能；聚合物-无机材料复合材料引入无机相增强结构稳定性并提供药物缓释功能；结构复合材料通过优化设计同时满足力学支撑和组织整合需求，如具有光滑前表面和多孔后表面的高密度聚乙烯眼眶植入体；纳米复合递送系统通过表面修饰提高药物穿透眼屏障的能力。
**8. 纳米材料**：纳米材料凭借大比表面积能够穿透角膜上皮屏障和血-视网膜屏障。聚合物基纳米递送系统通过调整组成和表面性质实现可控释放和延长滞留；无机及功能化纳米材料不仅递送药物还可直接参与疾病调控，如导电聚合物清除活性氧、金属有机框架（metal-organic framework, MOF）实现光响应药物释放；纳米结构器件与复合系统将纳米特征整合至较大型眼科装置中，如可溶性纳米针接触镜和活性氧响应微针贴片；纳米材料的体内行为取决于组成、结构和表面性质，但长期安全性和代谢途径仍需系统评估。
**9. 水凝胶**：水凝胶因柔软和水合特性与天然角膜基质和玻璃体相似。玻璃体替代物需同时满足光学透明性、折射率匹配、可注射性和充足的眼压维持功能，天然聚合物和合成聚合物水凝胶均有研究，已有产品进入早期临床试验；温敏水凝胶可在体温下原位凝胶化成为药物储库，适用于结膜下、眼表和玻璃体内递送；微环境响应水凝胶根据活性氧（reactive oxygen species, ROS）、pH或酶活性变化释放药物，同时调节病理微环境；粘附和原位凝胶水凝胶可实现无缝线眼表修复，减少手术创伤；多交联增强水凝胶通过多重交联机制提高力学强度和调控降解行为，适用于3D生物打印。但水凝胶的制造稳定性、降解产物安全性及长期安全性数据仍待完善。
**10. 脱细胞基质**：脱细胞基质通过物理或酶学方法去除供体细胞的免疫原性成分，同时保留胶原纤维、弹性蛋白和糖胺聚糖构成的三维结构。不同来源的脱细胞基质具有不同特点：脱细胞羊膜可支持角膜内皮细胞单层形成；脱细胞猪角膜支架保留约60%胶原和超过95%糖胺聚糖，在兔模型中恢复角膜透明度和厚度；骆驼角膜胶原纤维直径和氨基酸组成与人角膜相似，但临床证据有限；鱼鳔基质光透过率约93%，力学强度和抗降解能力优于羊膜。脱细胞工艺需要在有效去除细胞和保留组织结构之间取得平衡。
**五、讨论总结与结论翻译**
讨论部分指出，没有任何材料类别能满足所有眼组织的需求。长期安全性和降解产物是跨材料类别的共同关切：PLGA的酸性副产物可能降低局部pH并诱发炎症，镁合金腐蚀产生的氢气可能积聚在植入体周围，镍钛合金的微量镍离子释放可能引起局部过敏反应，许多无机纳米颗粒难以降解并可能在眼组织中蓄积。灭菌方式可能影响聚合物的分子量、交联和表面特性，应在材料开发早期即予以考虑。天然聚合物和组织来源基质的批次差异、多功能复合体系的制造复杂性以及响应性和多交联水凝胶对反应条件的敏感性，共同构成规模化和质量控制的重要挑战。在监管层面，含药物、生物制品或活体组分的生物材料可能被归为组合产品，其审批路径取决于组分构成和主要作用方式。临床成功转化的材料通常具有明确表征的组成、可重复的制造工艺、成熟的植入操作程序和可在患者中评估的结局指标。证据缺口方面，不同研究间模型和结局指标异质性明显，应更多使用与眼部尺寸和生理相关的大动物模型、延长随访时间并标准化材料表征的报告方式。
结论部分翻译：生物材料为改善眼组织修复、药物递送和再生医学提供了重要机遇。材料设计的进展扩大了眼科生物材料的应用范围，尽管不同眼组织的临床需求仍难以通过单一材料系统来满足。尽管持续取得进展，当前生物材料仍面临与长期安全性、结构稳定性、制造一致性和临床转化相关的挑战。未来的发展不仅应关注改善单一材料性能，还应考虑材料与复杂眼部环境之间的相互作用。仿生理念、响应技术、先进制造方法和生物调控策略的整合可能为眼科生物材料的发展提供新方向。同时，标准化评估体系以及材料科学与临床眼科学的更紧密合作将对于将有前景的生物材料转化为实际应用至关重要。
