《European Polymer Journal》：Advances in research on polysaccharide-based hydrogels for bone repair
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王玉来|梁宇|韩圆圆|沈昌|邢文文|丁启腾|毕晓宇|何万成|谭子琪|林新宇|刘子通|丁传博|赵婷吉林农业科技学院中医学院，中国吉林132101摘要多糖是自然界中最丰富的大分子，由于其众多生物和药理特性，可用作高分子材料（如水凝胶）的增强剂和辅料。因此，它们被视为生物医学和制药领域
王玉来|梁宇|韩圆圆|沈昌|邢文文|丁启腾|毕晓宇|何万成|谭子琪|林新宇|刘子通|丁传博|赵婷
吉林农业科技学院中医学院，中国吉林132101
摘要
多糖是自然界中最丰富的大分子，由于其众多生物和药理特性，可用作高分子材料（如水凝胶）的增强剂和辅料。因此，它们被视为生物医学和制药领域极具前景的候选材料。在骨骼修复方面，组织再生的效果常常受到各种障碍的限制，包括复杂的生理环境（如炎症和感染）、骨生成与血管生成之间的耦合困难以及异常的缺陷形态。然而，基于多糖的水凝胶可以通过其固有的生物活性和可修饰性（如多环境响应性、自愈特性以及3D打印技术）来积极应对这些问题。因此，它们代表了针对骨骼修复的一种有效策略。本文系统地回顾了影响骨骼修复的关键因素，以及多糖的分类和功能机制，并重点分析了智能响应型多糖基水凝胶在促进骨骼修复和调节骨微环境方面的具体机制和应用进展。鉴于该技术目前存在的瓶颈，包括体内靶向性不足、长期生物安全性不明确以及从实验室到临床应用的巨大差距，本文提出了评论和展望，以提供前瞻性的视角和坚实的理论支持，从而激发新型智能个性化骨骼修复材料的发展。
引言
成功的骨骼修复依赖于损伤微环境中多种病理因素的协调调控，这些因素包括氧化应激、不受控制的炎症和血管生成受损。在正常的生理条件下，成骨细胞（OBs）和破骨细胞（OCs）之间的活性平衡维持着骨骼稳态，即骨骼形成和吸收之间的平衡[1]。除了氧化应激、炎症和感染这三个核心因素外，某些激素和细胞因子（如雌激素、甲状旁腺激素、PDGF和IL-2）在分子水平上也具有显著影响[2]，[3]。
天然多糖（如壳聚糖、海藻酸和透明质酸）因其广泛的可用性、高生物相容性以及内在的抗氧化、抗炎、抗菌和促血管生成特性而被认为是构建功能性骨骼修复材料的理想选择[4]，[5]，[6]。多糖链上丰富的可修饰官能团（–OH、–NH2和–COOH）使它们可以通过物理或化学交联（如共轭、接枝、交联和功能化）形成水凝胶，进一步赋予其环境响应性[7]，[8]。水凝胶是由交联聚合物构成的三维多孔亲水网络；其出色的柔韧性和延展性赋予了它们多功能特性[9]，[10]。通过修改材料类型、物理/化学交联和水凝胶的功能化，可以模拟天然组织的机械性能以满足临床需求[11]，[12]。这种智能响应型多糖基水凝胶能够在响应病理信号时发生结构或相变，从而控制生物活性分子的释放，将静态支架转化为与骨骼修复过程紧密相关的动态系统。
尽管最近的综述总结了基于多糖的水凝胶在组织工程中的应用，但绝大多数研究仍然仅限于材料表征和体外功能验证。不同响应机制的体内疗效缺乏系统比较，阻碍各种策略临床转化的瓶颈也未明确界定。因此，本文采用了一种渐进式的讨论结构，从临床和病理基础出发，进而探讨材料功能机制，再涉及技术集成和新兴挑战。首先，我们系统分析了影响骨骼修复的潜在病理因素，为材料设计确定精确的临床目标；其次，我们研究了来自不同来源的多糖的多样化生物活性和内在机制，为水凝胶的构建奠定功能基础；最后，我们重点关注智能响应型水凝胶的高级设计。与现有综述不同，本文将系统比较每种智能响应型水凝胶的体内骨骼修复效果数据，并明确指出目前阻碍各种技术临床转化的关键瓶颈，为研究人员从概念验证向临床导向设计提供决策指导。
章节摘录
骨骼是一种动态组织，周围围绕着高度有序的有机和无机细胞外基质（ECM）[13]，该基质由可溶性钙和磷酸盐离子形成的纤维状矿物化物质组成[14]，同时包含胶原蛋白、非胶原蛋白以及骨组织中的无机矿物羟基磷灰石[15]。阻碍有效骨骼修复的关键病理机制主要涉及三个方面：首先是由过多的活性氧（ROS）引起的氧化应激
表1系统地展示了来自不同来源的多糖的多样化学能特性，为骨骼修复提供了多种“生物活性成分”。然而，将这些静态生物功能转化为能够感知和响应微环境动态变化的智能系统的关键在于水凝胶网络内部交联策略的设计。水凝胶通常通过物理或化学交联进行功能化：
水凝胶可分为七类：pH响应型、光响应型、热敏型、导电型、可注射型、自愈型和3D打印型水凝胶。通过表2的系统性比较分析，我们发现当前研究中存在许多矛盾和不一致的结果。在机械性能方面，同一响应类型内的差异超过两个数量级，难以建立统一的性能理解。关于体内效果
本综述系统总结了基于多糖的水凝胶在骨骼修复领域的研究进展，重点介绍了智能响应系统（如pH响应、光响应、热响应和电响应系统）的设计策略，以及自愈和3D打印技术，并呈现了体外和体内研究的功能数据。现有证据表明，多糖的天然生物活性（抗氧化、抗炎、抗菌和促血管生成
王玉来：撰写——综述与编辑，撰写——初稿，可视化，监督，方法学，研究，概念化。梁宇：撰写——初稿，可视化，概念化。韩圆圆：可视化，监督，研究。沈昌：可视化，监督，研究。邢文文：可视化，监督，研究。丁启腾：可视化，监督，研究。毕晓宇：可视化，监督，研究。
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。
