《Acta Biomaterialia》：Design and Tissue Engineering Applications of Microporous Annealed Particle (MAP) Scaffolds
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这篇综述系统阐述了微孔退火颗粒（MAP）支架——一种由微凝胶通过物理或化学交联“退火”组装而成的新型生物材料平台。文章深入探讨了其设计基础（包括天然/合成聚合物选择、颗粒形状/尺寸、粒子分数、孔隙结构和化学/物理退火策略）、微凝胶制造技术（如微流控、批量乳化、机械破碎、光刻），及其在骨/软骨修复、肌肉再生、伤口愈合、神经组织工程等多领域的应用，揭示了其可调的微结构特性（如孔隙、机械性能、降解动力学）与细胞行为、免疫调控、血管化和长期组织整合之间的构效关系，展现了MAP支架作为下一代再生医学工具的广阔前景。
在再生医学领域，修复或替换受损组织一直是核心挑战。传统的纳米孔块状水凝胶虽广泛应用，但其致密结构严重阻碍了细胞浸润、迁移和血管化，限制了其生物学效能。为此，一种融合了颗粒水凝胶和块状水凝胶优势的新型平台——微孔退火颗粒（MAP）支架应运而生，为组织再生提供了崭新且强大的工具。
MAP支架的设计基础
MAP支架的性能由其构建模块——微凝胶的个体与集体特性共同决定。聚合物选择是首要考量，主要分为天然与合成两大类。天然聚合物如明胶（GelMA）、透明质酸（HA）、壳聚糖、海藻酸盐，具有优异的生物相容性和固有的生物活性位点（如明胶的RGD基序），但批次间差异和降解速率较快是其挑战。合成聚合物如聚乙二醇（PEG），则提供了高度的化学可定制性、可调的机械性能和降解动力学，尽管通常需要功能化以增强细胞黏附。
将微凝胶“焊接”在一起的退火策略是MAP设计的核心，分为化学交联和物理交联。化学退火（如酶促交联、硫醇-烯、四嗪-降冰片烯点击化学）形成共价键，赋予支架更高的刚性和稳定的网络。物理退火（如主-客体相互作用、静电作用）基于可逆的非共价键，使支架具备优异的剪切稀化和自愈合性能，便于注射并允许细胞重塑支架。选择何种策略，需根据目标组织的力学需求和细胞行为来精细权衡。
微凝胶的制造技术直接影响其尺寸、形状均一性，进而决定支架的孔隙结构。批量乳化法简单快速，但产物尺寸分布较宽；微流控技术能精确控制微凝胶尺寸和形状（甚至可制棒状、新月形），单分散性高，是许多研究的首选；机械破碎法无需乳液，生物相容性高，但控制精度较低；光刻技术能制造形状高度均一的微凝胶，但通量有限；电流体动力喷涂则适用于某些特定应用。
调控MAP支架性能的关键结构参数
微凝胶的尺寸是调节孔隙的最直接参数。一般而言，更大的微凝胶产生更大的平均孔径，这不仅影响营养物质的扩散，更直接调控细胞行为。例如，较大的孔隙（由约130 μm微凝胶构建）相比小孔隙（40-70 μm），更能促进早期促再生（M2谱）巨噬细胞表型。在血管生成方面，存在一个最佳尺寸范围（约50-80 μm），能最大化内皮细胞的管状结构形成。
微凝胶的形状则为孔隙结构设计提供了新维度。与各向同性的球形微凝胶不同，棒状或新月形微凝胶组装成的MAP支架，能形成各向异性的、管状的孔隙结构。这种结构能为细胞（如神经轴突、血管）提供接触引导，促进定向生长和组织形成，并可能获得更高的孔隙率（可达90%）和连通性。
此外，颗粒分数（即微凝胶的堆积紧密程度）与孔隙率成反比，并影响支架的整体刚度。更紧密的堆积导致更小的孔隙、更高的刚度，但可能限制细胞铺展。支架的刚度、微凝胶表面黏附配体（如RGD肽）的修饰以及是否存在间隙基质，也都是调节细胞迁移、增殖、分化和转染效率的重要“设计旋钮”。
MAP支架的长期体内整合与免疫调控
传统块状水凝胶的纳米孔隙常引发异物反应，导致纤维化包裹，阻碍长期整合。而MAP支架的细胞尺度孔隙架构展现出显著优势。研究表明，基于PEG的MAP支架皮下植入12个月后仍能存在，且无明显纤维化包裹，允许高水平的宿主细胞浸润和早期组织整合。在兔声带模型中，MAP支架能促进新生组织形成并维持功能超过14个月，实现了功能性重塑而非简单的材料存留。
这种良好的整合性部分归功于MAP孔隙结构对免疫反应，特别是巨噬细胞行为的调控。巨噬细胞是组织修复的关键调节者。研究证实，MAP支架的孔隙大小能直接影响巨噬细胞的表型极化。较小的孔隙倾向于将巨噬细胞限制在多个微凝胶之间，易促发促炎（M1谱）表型；而较大的孔隙允许细胞更舒展，与支架接触更少，从而促进促再生（M2谱）表型。在脊髓损伤模型中，增大孔隙尺寸同样增加了损伤部位的促修复型巨噬细胞。这表明，通过理性设计孔隙，可以主动调控植入部位的免疫微环境，使其向有利于再生的方向发展。
MAP支架在再生医学中的应用掠影
骨与软骨组织工程：MAP支架可模仿骨骼的分级结构。例如，将甲基丙烯酸化羟基磷灰石（HAp-MA）纳米颗粒整合到GelMA微凝胶中制成的“骨仿生MAP支架”，不仅模拟了骨胶原纤维交联羟基磷灰石的纳米结构，其微孔架构也有利于细胞浸润和营养运输。这类支架能有效增强间充质干细胞的成骨分化，在颅骨缺损模型中促进骨再生。
肌肉再生：对于体积性肌肉缺损，需要既能填充缺损又能引导细胞浸润和排列的支架。利用微流控制备的PEG微凝胶，通过硫醇-马来酰亚胺退火形成的MAP支架，植入小鼠肌肉缺损部位后，能有效支持宿主细胞浸润、新生血管形成和肌纤维再生，显著改善肌肉功能恢复。
伤口愈合：MAP支架为慢性伤口提供了理想的微环境。其多孔结构便于细胞迁移和血管长入，同时可作为生长因子（如表皮生长因子EGF）的递送载体。研究表明，负载EGF的PEG MAP支架能加速糖尿病小鼠的伤口闭合，通过促进上皮化、胶原沉积和血管生成来实现。
神经组织工程：中枢神经系统损伤后修复困难，部分由于抑制性微环境和缺乏支持性基质。基于HA（神经系统细胞外基质主要成分）的MAP支架显示出巨大潜力。在缺血性中风模型中，HA MAP支架能减少小胶质细胞介导的炎症和胶质瘢痕厚度。在脊髓损伤模型中，调整MAP支架的孔隙尺寸可以调控巨噬细胞表型，可能有助于创造更利于修复的局部环境。此外，通过静电相互作用将带正电的ChitoMA微凝胶与带负电的GelMA微凝胶组装，可构建具有神经生长因子（NGF）浓度梯度的MAP支架，在坐骨神经损伤模型中能有效引导轴突定向再生。
总结与展望
微孔退火颗粒（MAP）支架通过其独特的、由微凝胶组装而成的互联微孔结构，成功解决了传统水凝胶在细胞浸润和血管化方面的瓶颈。其高度可调的设计参数——从聚合物化学、退火方式到微凝胶尺寸、形状和堆积密度——使得研究人员能够“量身定制”支架的力学性能、降解行为、孔隙结构和生物化学信号，以精确匹配特定组织的再生需求。从调控免疫细胞表型到促进血管新生，从支持神经轴突延伸到引导骨组织再生，MAP支架已在多个重要的组织工程场景中证明了其优越性。尽管在长期稳定性、大规模生产标准化等方面仍有挑战，但MAP支架无疑代表了一个极具前景的方向，推动着再生医学向能够实现真正结构性、功能性组织修复的下一代生物材料平台迈进。
