综述：用于修复距骨骨软骨病变的可注射水凝胶技术的进展

《Materials Today Advances》：Advances in injectable hydrogels for cartilage repair of osteochondral lesions of the talus

　　陈思|邱一欣|郑嘉音|吴云杰|谭天|王琪月|卢荣杰|高子瑜|蔡一勋|杨思明|钟志刚|吴克洲
中国广东省汕头市汕头大学医学院第一附属医院骨科外科运动医学中心

**摘要**
背景
距骨的骨软骨病变（OLT）是一种常见的临床疾病，在手术治疗中面临诸多挑战。大范围的手术切口、高感染风险、有限的生物相容性、术后对受损软骨的早期支持不足、漫长的恢复时间以及纤维软骨较差的机械性能，这些因素都增加了损伤复发和继发感染的风险。

**方法**
本综述遵循PRISMA-Scr指南进行。通过PubMed数据库使用以下检索词进行系统搜索：(osteochondral OR osteochondrosis) AND injectable hydrogel，共获得100篇文献。排除了关于水凝胶微球的研究、非承重软骨的研究以及2019年之前发表的文献。

**结果**
本综述重点总结了可注射水凝胶在解决OLT相关挑战和问题方面的进展。共有34篇符合纳入标准的研究被纳入分析，这些研究关注使用可注射水凝胶修复骨软骨病变。研究表明，通过改变水凝胶的化学和物理性质，可以显著提高其体内的机械稳定性和生物相容性。此外，水凝胶的可注射性和微创植入方式可以减小切口大小、降低感染风险并加速患者康复。

**讨论**
近年来，作为一种新型生物材料，水凝胶因其良好的生物相容性、可调的机械性能以及携带细胞和生物活性因子的能力，在OLT的临床治疗中展现出潜力。水凝胶的可注射性为微创植入提供了显著优势，为OLT的治疗开辟了新的策略。

**1. 背景**
1.1 距骨骨软骨损伤概述
踝关节由距骨、胫骨远端和腓骨远端组成，是足部最大的承重关节。距骨表面约三分之二被关节软骨覆盖，因此极易发生软骨损伤[1]。随着体育运动普及，距骨关节软骨损伤的发病率增加并引起了广泛关注。由于距骨关节软骨缺乏血管和神经，其自我修复能力有限[2]。因此，关于距骨关节软骨修复技术的研究受到了全球关注。根据损伤程度，关节软骨损伤可分为三类：浅表软骨损伤、全层软骨损伤和骨软骨损伤。浅表软骨损伤缺乏血管和神经，营养供应不足，损伤后的自我修复能力较差[3]。全层软骨损伤会形成纤维软骨，而纤维软骨的弹性和耐用性均低于透明软骨，从而容易导致关节继发性损伤[4]。骨软骨损伤是最严重的类型，常穿透软骨下骨板，引发软骨下硬化、骨软化症和关节炎等并发症。国际软骨修复学会（ICRS）改进的磁共振成像（MRI）分级系统和关节镜下软骨损伤分级系统（图1）被用于评估关节软骨损伤的严重程度[6]。

**图1.** (A) 距骨关节软骨及骨软骨损伤的结构示意图；(B) ICRS软骨损伤分级系统。该系统由国际软骨修复学会开发，基于MRI和关节镜检查对软骨损伤进行分级，广泛应用于临床实践和研究，有助于准确诊断和治疗。图片经Hoemann等人[5]及ICRS网站（cartilage.org）授权改编。

任何踝关节的骨骼损伤都可能导致关节疼痛和活动受限。流行病学数据显示，距骨骨软骨病变（OLT）主要影响12-19岁的年轻男性（风险是女性的6.9倍），其中85.1%的病例由创伤性损伤引起[7]。值得注意的是，约50%的踝关节扭伤和高达73%的踝关节骨折会导致不同程度的软骨损伤，每年仅踝关节扭伤就超过200万例[1]。临床上，内侧损伤（75.5%）和晚期病变（Hepple III–V级，60.1%）最为常见[8]。这些发现凸显了改进早期检测和优化治疗策略的迫切需求，以改善治疗效果并减轻社会经济影响。

为应对这些挑战，过去几十年出现了许多技术进步，包括微骨折/关节镜下骨髓刺激（BMS）、自体或异体骨软骨移植（AOT）、自体软骨细胞植入（ACI）、基质诱导的自体软骨细胞植入（MACI）和生物辅助疗法[9]。尽管这些技术在某种程度上促进了OLT的治疗进展，但尚未有一种方法被确立为标准治疗方案。主要局限性包括手术指征不明确、潜在的手术并发症、高昂的成本以及不理想的治疗效果（图2）。自体骨软骨移植（AOCT）是从非承重供体部位（通常为同侧膝关节）获取骨软骨移植物并移植到缺损处[12]。异体骨软骨移植（AOT）用一个或多个大小、形状和表面曲率匹配的供体骨软骨移植物替换大范围的骨软骨损伤[12]。自体软骨细胞植入（ACI）是将培养的自体软骨细胞植入软骨缺损处并用缝线固定，主要用于治疗较轻度的软骨损伤[13]。关节镜下骨髓刺激（BMS）是一种常用的治疗距骨骨软骨损伤的方法，通过穿孔软骨下板招募骨髓中的间充质干细胞，促进缺损处纤维软骨组织的生长[12]。另一种临床方法是将BMS与富血小板血浆（PRP）或骨髓浓缩物（BMC）联合使用，利用这两种方法的优点来缓解疼痛并促进骨缺损愈合[14]。虽然自体骨软骨移植（AOT）等手术方法有效，但其高昂的成本和较长的恢复期给医疗系统带来了负担。

**图2.** 当前治疗距骨骨软骨损伤的手术方法的优缺点：
A) 自体/异体骨软骨移植：从患者自身健康非承重区域的软骨或供体处获取骨软骨移植物，以马赛克状模式移植到受损区域（参考文献[10]）。
B) 自体软骨细胞植入：在体外分离和扩增软骨细胞，然后用胶原膜稳定后植入患者体内（参考文献[11]）。
C) 微骨折：在软骨下骨制造微骨折，使多能间充质干细胞和其他骨髓成分渗出，有助于修复损伤。
D) 生物辅助疗法：PRP是一种富含血小板和多种生长因子的血浆浓缩物；BMP属于TGF-β超家族，在骨形成中起关键作用（使用BioRender.com制作）。

本综述系统总结了可注射水凝胶在解决距骨骨软骨损伤修复关键临床挑战方面的进展，包括大范围手术切口、植入物免疫排斥、早期机械支持不足和纤维软骨修复缓慢等问题。我们详细探讨了通过微环境重塑、生物相容性增强、交联/材料选择以改善机械性能以及生物活性因子加载等方法优化可注射水凝胶的策略，并讨论了剩余的科学挑战及其临床转化的未来方向。

**2. 方法**
本研究遵循PRISMA 2020指南[15]进行综合叙述性回顾。使用PubMed数据库进行系统文献搜索，检索词为：(osteochondral) OR (osteochondrosis) AND (injectable hydrogel)，共获得100篇文献。排除了专注于水凝胶微球而非可注射支架水凝胶的文献，以及主要研究方向不是承重关节软骨的文献。同时排除了2019年之前发表的文献。纳入标准为专注于使用可注射水凝胶修复骨软骨病变的研究。筛选标题后，若不相关则剔除；随后筛选摘要，符合条件的文章进入全文审查。最终共有34篇相关文章被纳入本综述（图3）。表1总结了22篇关于距骨骨软骨损伤临床修复研究中提到的可注射水凝胶的详细信息。

**表1.** 可注射水凝胶在距骨骨软骨损伤修复中的应用

**参考文献**
1. 吉兰胶、麦卢卡蜂蜜
物理（离子）
具有天然抗菌活性，对金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌有效；杨氏模量高；对间充质干细胞无细胞毒性；促进II型胶原蛋白表达和GAG合成
机械稳定性低于化学交联水凝胶；长期抗菌效果未知[16]

2. 透明质酸（HA）、明胶、表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）
物理（疏水）
下调炎症基因（IL-1β、MMP13），上调软骨生成基因（COL2A1、SOX9），保护软骨免受炎症破坏，促进透明软骨再生
机械强度相对较低，无法为承重距骨提供长期支撑[17]

3. 透明质酸（HA）、间充质干细胞衍生的囊泡（MMVs）
化学（硫醇-丙烯酸迈克尔加成反应）
强大的ROS清除能力，减少关节炎症因子，具有优异的润滑性和生物相容性，优化软骨修复微环境
PGA-Mn纳米颗粒的加载比例需精确控制；过量加载可能导致细胞毒性[18]

4. 透明质酸（HA）、TGF-β3
化学（光交联，光引发剂：LAP）
提高生物相容性；促进软骨特异性基质和胶原蛋白的合成；引导透明软骨再生；控制生长因子的释放
高剂量紫外线照射可能具有轻微细胞毒性；TGF-β3在体内的半衰期较短[19]

5. 透明质酸（HA-NB）、富血小板血浆（PRP）
化学（光交联，紫外线强度≤10 mW/cm2）
快速原位成形；无缝填充软骨缺损；提供即时机械支撑；结合细胞疗法和生长因子释放
光交联操作需要关节镜辅助；PRP含量因个体而异[20]

6. 凝胶多糖（NorCS/CS-SH）、海藻酸钠（SA）、Ca2+
双网络交联（紫外线触发的硫醇-烯烃点击反应+离子交联）
优异的可注射性和自愈性能；可定制形状；交联后具有高机械强度
交联过程相对复杂：Ca2+释放可能影响局部软骨微环境[21]

7. 甲基丙烯酸透明质酸（HAMA）、甲基丙烯酸明胶（GelMA）、纳米羟基磷灰石（nHap）
物理（离子相互作用+氢键）
可调节的机械性能10%GelMA/2%HAMA/1%nHap水凝胶的压缩断裂强度接近1 MPa，这有助于促进软骨基质的合成。纯物理交联会导致长期稳定性较差；在高载荷下，nHAp可能会发生聚集[22]。丝素纤维蛋白、聚赖氨酸修饰的壳聚糖聚合物、甘油磷酸盐、TGF-β1通过物理（离子相互作用+疏水相互作用）作用，其压缩模量可达到86 kPa，能够协同促进骨髓间充质细胞（BMSC）向软骨细胞分化。TGF-β1的持续释放以及良好的生物相容性是该水凝胶的优点。然而，与合成水凝胶相比，其机械强度较低，因此不适用于承受高载荷的严重距骨损伤[23]。聚乙烯醇（PVA）和4-羧基苯硼酸（CPBA）与Ca2+结合形成的化学交联结构，赋予了材料超强的机械性能（拉伸模量>1.0 MPa，压缩模量5.6 MPa），拉伸应变可达1600%；同时具有优异的注射性和自愈能力。但这种纯合成材料的生物相容性相对较差，缺乏天然的软骨生成能力[24]。丝素纤维蛋白通过超声诱导的β-折叠片交联实现一步无化学交联过程，可原位注射成型，压缩模量约为0.8–1.2 MPa，与天然软骨相匹配，细胞存活率超过95%，能促进软骨细胞分化并修复体内软骨损伤，同时避免化学交联剂的毒性。不过，其长期体内降解动力学尚未得到证实，且超声参数需要严格控制以保证凝胶形成的稳定性[25]。基于PLGA的双层水凝胶（骨层+nHAp；软骨层+葡萄糖胺）通过动态共价（苯丙酮酸酯键）连接，具有双重功能（可注射+自愈），压缩模量约为15–30 kPa，自愈速度快（≤30秒），生物相容性好，有助于骨软骨组织整合和损伤修复。但对于承重区域而言，其机械强度较低，长期体内降解稳定性仍需进一步验证[2]。氧化海藻酸盐/明胶/硫酸软骨素（OSAGC）通过动态共价/物理双重交联方式，具有可注射性和自愈性，压缩强度可调至3 MPa，活性成分可持续释放超过3个月，细胞存活率超过95%，能促进骨软骨再生（体内4周形成骨组织，12周形成软骨组织），对关节软骨有良好亲和力。但其长期体内机械耐久性和降解动力学仍需临床验证[26]。羰基肼接枝胶原（COL-CDH）、氧化硫酸软骨素（OCS）和聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）与锌掺杂羟基磷灰石（Zn-HA）组成的复合水凝胶通过动态共价（酰胺键）和永久性自由基交联形成仿生双层结构，具有强界面结合力，支持脂肪源性干细胞（ADSC）向软骨细胞和成骨细胞分化，加速软骨和软骨下骨再生，但长期体内机械降解和耐磨性仍需进一步验证；复杂的双层制备工艺可能影响临床应用的可扩展性[27]。基于天然聚合物的琼脂水凝胶通过氢键和层次化链缠结实现形状可控，具有高韧性（拉伸强度达0.51 MPa，压缩强度达1.26 MPa），制备过程无需化学试剂和引发剂，生物相容性优异，可降解且适用于不规则损伤，能提供机械支撑并加速骨软骨再生（12周内骨组织再生率超过40%）。但其长期体内机械耐久性和降解动力学仍需临床验证；多步骤制备和渗透过程可能增加临床操作的复杂性[28]。明胶甲基丙烯酸酯（GELMA）/聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）互穿网络水凝胶加载软骨生成蛋白（KGN），通过光交联（紫外线诱导的双网络共价交联）实现光敏性、可注射性和原位固化，机械性能得到提升，降解时间延长，KGN的持续释放有助于招募内源性间充质细胞并促进软骨细胞分化，有效恢复全层骨软骨损伤的透明软骨完整性。然而，紫外线照射和残留的光引发剂可能具有潜在的细胞毒性，其长期体内生物相容性和降解动力学仍需临床验证[29]。甲基丙烯酸明胶（GelMA）水凝胶封装异体脂肪源性间充质干细胞（ASCs）和富血小板血浆（PRP），通过光交联实现原位固化三维输送，ASCs和PRP的协同作用显著增强II型胶原表达和糖胺聚糖合成，恢复与天然组织相当的生物力学性能，为骨软骨损伤提供单阶段微创治疗。但仅使用PRP的组别机械性能较差，可能存在肥大倾向（I/X型胶原增加），12周内无法完全恢复天然骨软骨特性，需进一步随访[30]。丝素纤维蛋白（SF）/明胶甲基丙烯酸酯（GelMA）复合水凝胶封装间充质干细胞（MSCs）和富血小板血浆（PRP），通过光交联实现可注射、生物相容的三维细胞输送，MSCs和PRP的协同作用显著促进软骨细胞分化并加速大鼠骨软骨损伤的透明软骨再生，适用于膝关节骨关节炎的微创治疗。但其长期体内机械稳定性和降解动力学仍需验证；PRP制备的变异性可能影响治疗效果[31]。MPEG-PCL/GFOGER偶联PEG-PCL复合水凝胶封装骨髓源性间充质干细胞（BMSCs），通过热响应性原位溶胶-凝胶转变实现可注射和原位成型；GFOGER肽的结合显著增强BMSC的粘附性和软骨细胞分化，8周内大鼠模型中骨软骨再生效果显著提升。其长期体内生物相容性和降解动力学仍需临床验证；最佳GFOGER浓度需标准化方案以确保疗效[32]。藻酸盐-多巴胺（Alg-DA）/乙酰-β-环糊精（Ac-β-CD）/明胶超分子水凝胶通过物理/化学多重交联和自愈性实现可注射和自愈；预凝胶状态便于半固态保留和复杂临床给药途径；非侵入性脉冲电磁场（PEMF）生物物理刺激可提升软骨生成质量和体内软骨修复效果，生物降解性和生物相容性优异。但在PEMF刺激下的长期体内机械耐久性仍需验证；PEMF治疗参数（频率、强度）需标准化临床方案[33]。可注射透明质酸（HA）水凝胶与自体富血小板血浆（PRP）结合，通过紫外线诱导的光交联实现自体PRP中丰富的生长因子协同促进软骨生成和软骨基质合成，在猪模型中6个月随访时有效再生类似透明软骨的组织，无肥大现象，成功修复8.5毫米全层软骨损伤和6.5×5毫米骨软骨损伤，适合微创输送。但PRP制备的变异性可能影响治疗效果；大动物模型中HA水凝胶的长期机械耐久性仍需验证[34]。硫醇修饰的NIPAAm-壳聚糖（TNC）水凝胶封装人脂肪源性间充质干细胞（hADMSCs）和依那西普（TNF-α抑制剂），通过热响应性溶胶-凝胶转变实现可注射和温度敏感特性；多孔内部微结构促进营养/废物交换，支持hADMSCs存活和软骨细胞分化；依那西普（TNF-α抑制剂）加速MIA诱导的OA兔模型中的早期（4周）骨软骨修复。但在大动物模型中，精确的温度控制对于原位凝胶化至关重要，其长期体内机械稳定性和降解特性仍需验证[35]。含有2%丝素纤维蛋白纳米纤维和葡萄糖胺的硫醇化壳聚糖水凝胶通过原位硫醇介导的共价交联实现可注射和自愈；这种分层强化的纳米复合材料相比原始壳聚糖水凝胶具有100.3%更高的压缩强度，细胞增殖提高26.2%，迁移能力提升150%，软骨生成能力增强，促进大鼠骨软骨损伤模型中的无缝组织整合和关节表面修复，上调软骨特异性标志物（COL-II，SOX-9）。但其长期体内机械耐久性和降解动力学仍需大动物验证；纳米纤维分散均匀性可能影响批次间一致性[36]。

2.1 距骨软骨损伤修复的临床挑战
本文总结了现有距骨软骨损伤治疗方法的主要缺点：（1）传统手术切口较大，导致伤口愈合时间延长和感染风险增加。（2）植入物在软骨损伤部位容易引发免疫排斥反应，生物相容性不佳[37,38]。（3）早期软骨修复缺乏支撑，容易导致二次骨折[12]。（4）软骨修复过程耗时较长，术后形成的纤维软骨会阻碍修复效果[12,39]。

水凝胶是一种多功能组织工程材料，在生物医学领域得到广泛应用，能够模拟特定组织的特性。水凝胶材料可以携带细胞，并通过经皮给药实现微创输送。其功能模块化设计允许封装软骨细胞或生长因子，从而在时空上调控细胞分化和组织生成。水凝胶有助于促进细胞外基质的沉积[40]，而可控的交联策略可以在一定程度交联后调整机械性能，为新形成的组织提供支撑。这些特性使得水凝胶成为骨再生过程中提供承重支持的理想材料。生物模拟、生物相容性和机械适应性相结合的特点，使水凝胶成为修复距骨软骨损伤、恢复结构完整性和功能的关键候选材料[41]。

对于距骨骨软骨损伤的临床修复挑战，水凝胶材料可以在一定程度上克服现有方案中的问题。以下列出了传统软骨损伤修复方法的缺点，并描述了水凝胶在解决这些问题方面的进展。

2.1.1 大型手术切口
2.1.1.1 距骨骨软骨损伤的微创修复策略
距骨骨软骨损伤的手术治疗方法多样，选择方法取决于损伤程度，从而导致不同的切口大小和感染风险。传统方法如自体骨软骨移植（AOT-auto）、异体骨软骨移植（AOT）、自体软骨细胞植入（ACI）、踝关节融合和全踝关节置换通常采用胫骨远端截骨术。这些方法都需要较大的手术切口来暴露手术区域，术后伤口愈合时间较长，患者容易发生手术部位感染。

在临床实践中，可以通过两个小切口进行关节镜下的骨髓刺激（BMS），有利于患者的术后恢复。结合BMS和PRP或BMC辅助注射的方法利用关节镜技术减少手术创伤，同时通过输送生长因子和间充质干细胞来增强软骨修复[14]。例如，Arjan等人[39]采用微创注射将含有生长因子、抗炎药物和其它物质的水凝胶直接输送到损伤部位，从而促进软骨细胞生长并提升治疗效果。

尽管传统方法中的大型手术切口存在挑战，但关节镜治疗和微创水凝胶注射等创新技术显示出解决这些问题的潜力。这些创新可以改善患者预后，减少术后并发症并缓解疼痛。

2.1.1.2 防止软骨感染和炎症的水凝胶策略
为了解决软骨损伤手术部位的二次感染问题，近期研究重点在于通过微环境重塑和抗菌水凝胶的开发来减少炎症并维持软骨细胞微环境的稳定性。Liu等人[16]创新性地使用麦卢卡蜂蜜作为分子间隔剂制备了基于吉兰胶的复合材料。与几种天然来源的水凝胶相比，这些复合材料具有天然的抗菌性能和优异的压缩杨氏模量。麦卢卡蜂蜜的添加使水凝胶能够抑制金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的生长。该水凝胶对人体间充质干细胞无细胞毒性。此外，软骨形成实验表明，它能够持续表达II型胶原并促进糖胺聚糖（GAGs）和蛋白聚糖的合成，表明形成了软骨基质。另一方面，Jin等人[17]引入了一种含有表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）的可注射水凝胶来控制炎症并促进软骨再生（图4）。这种基于透明质酸（HA）和明胶的复合水凝胶在骨关节炎膝关节模型中有效保护软骨免受炎症和降解。研究表明，具有抗炎性能的HA基水凝胶可能是治疗距骨软骨损伤的宝贵临床方案。EGCG组中的抗炎基因表达下调，证实了EGCG在体外HTG水凝胶中的抗炎效果。5% HTG-E组中的软骨生成基因上调（图4）。这些研究为通过微环境重塑和开发抗菌、抗炎水凝胶来解决软骨损伤中的二次感染和微环境失衡提供了新策略。虽然微创手术和减少感染风险有助于距骨骨软骨损伤的修复，但植入材料的生物相容性和免疫原性是后续的关键挑战，直接影响修复填充物的存活和在宿主体内的整合。

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图4. 含有表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）的水凝胶用于控制炎症和促进软骨再生
(A) 评估HA基水凝胶抗炎功能的示意图。
(B) 在OA小鼠关节内注射5% HTG-E水凝胶后，I型、II型和X型胶原免疫荧光染色的平均荧光强度（MFI）量化。
(C) 在OA模拟环境中，5% HTG和5% HTG-E水凝胶的H&E、Safranin-O和II型胶原免疫组化的组织学分析。
(D) IL-1β、MMP13、ADAMTS5、COL2A1（II型胶原）、SOX9的实时PCR结果（n=6）。图片经参考文献[17]授权使用。来源：? 2020 作者，Elsevier出版。

2.1.2 免疫排斥和生物相容性不足
2.1.2.1 软骨修复中的免疫排斥
使用异体材料或植入物进行距骨软骨损伤的手术修复容易引发免疫排斥，因为宿主免疫系统会将移植物视为外来物。在距骨软骨损伤的临床治疗中，免疫排斥仍然是一个重要挑战。金属植入物在早期软骨修复治疗中被广泛使用[42]。然而，随着时间的推移，金属植入物会在人体液体和组织中发生降解和磨损，释放金属离子和磨损颗粒[43]，可能引发免疫排斥[44]。骨软骨异体移植（OCA）是治疗距骨骨软骨损伤和其他关节软骨损伤的常用方法，涉及将供体骨软骨移植到患者损伤区域以替换受损的软骨和软骨下骨[45]。尽管这种方法通常有效，但由于免疫排斥，其效果可能不佳。Luk J等人[38]分析了18例骨软骨同种异体移植（OCA）失败病例，发现软骨下骨中存在淋巴细胞聚集，主要由CD3+、CD4+、CD8+和CD20+淋巴细胞组成。他们的研究表明，T细胞和B细胞介导的免疫反应导致了OCA的失败。因此，免疫攻击不仅会导致移植组织或植入物的破坏，引起松动和坏死，还可能引发严重的炎症反应，进一步损害周围的健康组织。

2.1.2.2. 用于缓解软骨修复中免疫排斥的水凝胶策略
生物相容性是指生物材料在特定应用中能够引发适当宿主反应的能力[46]。组织工程材料因其结构和成分与天然细胞外基质（ECM）高度相似而具有优势。优异的生物相容性可以减少宿主对异物的免疫反应，从而降低免疫排斥。具体来说，生物相容性材料可以避免免疫细胞（如巨噬细胞、T淋巴细胞）的过度激活和炎症因子的释放，同时调节免疫微环境——这是减少免疫排斥的关键。为了降低免疫排斥，研究人员通过多种策略开发了具有增强生物相容性的水凝胶，包括优化交联方法以调节机械性能[47]和为特定功能定制加载因子[47]。合理的结构设计、低免疫原性成分的选择以及局部免疫微环境的调节共同削弱了宿主对“非自身”物质的识别，从而减少了免疫排斥。Wang等人[48]通过将间充质干细胞（MSC）衍生的囊泡（MMVs）与透明质酸（HA）交联，制备了一种用于异种移植的免疫保护水凝胶。这种水凝胶减少了免疫细胞的浸润，并增加了移植部位调节性T细胞（Treg）的比例（图5），从而缓解了免疫排斥。HA（一种天然的ECM成分）可以最小化免疫识别，而MSC衍生的MMVs具有免疫调节作用；它们的协同作用赋予了优异的生物相容性并减少了排斥反应。Chen等人[18]设计了一种含有没食子酸-Mn（PGA-Mn）纳米颗粒、氧化海藻酸盐和明胶的纳米复合水凝胶。这种水凝胶表现出优异的生物相容性，能够清除软骨细胞的活性氧（ROS），并减少关节炎症因子的表达，为骨关节炎治疗创造了有利的环境（图5）。氧化海藻酸盐和明胶（低免疫原性天然材料）可以避免强烈的免疫反应，而PGA-Mn纳米颗粒通过清除ROS和抑制炎症来增强生物相容性。Lee等人[19]使用载有TGF-β3的可注射交联HA水凝胶进行软骨再生，并通过体外和体内生物相容性测试验证了其效果。载有TGF-β3的HA水凝胶（HAT）提高了生物相容性，促进了软骨特异性基质和胶原蛋白的合成，并增强了缺陷修复。HA（一种天然的关节软骨成分）具有优异的生物相容性和低免疫原性；TGF-β3可以调节免疫反应并促进软骨细胞功能，从而协同增强了水凝胶的性能。

简而言之，由于组织工程水凝胶具有优异的生物相容性，它们可以作为解决传统外科手术中免疫排斥问题的新型材料。随着材料科学和组织工程技术的发展，通过特定的结构设计，水凝胶材料可以变得更加有前景。解决植入物的免疫原性问题可以确保基本的生物相容性，但早期机械支持的不足仍然是一个关键瓶颈，常常导致继发性骨折并影响整体修复效果。

2.1.3. 缺乏早期机械支持导致继发性骨折
2.1.3.1. 用于软骨修复早期机械支持的水凝胶交联
现有的临床手术治疗方案，如微骨折和自体软骨细胞植入（ACI），在修复的早期阶段都缺乏机械支持，使患者容易发生局部继发性骨折和疾病进展[49]。水凝胶的柔软和弹性特性也带来了挑战，因为它们在跟骨软骨损伤修复中缺乏足够的机械支持[49]。为了解决这一临床问题同时保持良好的生物相容性，需要对水凝胶进行特定的修改。最近的研究表明，可注射水凝胶可以通过离子交联在体内形成稳定的结构，提供早期支持和仿生微环境以促进组织修复[26,50]。当采用不同的交联策略时，可注射水凝胶可以发生溶胶-凝胶转变，不同的交联方法也会影响凝胶形成后的性质。常见的交联方法包括物理交联和化学交联（图6）。物理交联不涉及化学反应，通常会产生具有良好生物相容性和更高安全性的水凝胶。然而，由于涉及非共价键，物理交联不能提供永久的分子连接，导致机械韧性和硬度不确定[51]。化学交联广泛用于可注射水凝胶的制备。这些水凝胶在光、机械应力、超声波或高能辐射等条件下，通过化学试剂触发在3D聚合物网络中形成共价键。与物理交联水凝胶相比，化学交联水凝胶具有更好的耐热性、机械强度和凝胶后的不可逆性[51]。常用的化学交联方法包括Schiff碱反应、点击化学（例如Diels-Alder反应）、光交联和热响应交联以及酶促交联[52]。Schiff碱反应涉及醛基和胺基之间的亚胺键形成，在温和条件下促进溶胶-凝胶转变。由于反应条件温和且避免了交联剂的使用，Schiff碱反应现在已在生物医学领域得到广泛应用[53]。它们的自愈能力有助于自动修复凝胶结构缺陷，恢复凝胶功能，并为软骨修复提供早期支持[54]。可注射水凝胶可以通过修改来实现更长的半衰期，从而在软骨修复过程中匹配水凝胶的修复和支持效率，提供足够的支持时间。Zhang等人[55]使用化学改性的透明质酸（cHA）设计可注射水凝胶。未经改性的低分子量（LMW）HA的半衰期仅为10-13小时，而化学改性的HA产品（如Hylan G-F 20）可以持续8.8±0.9天。

图6. 不同的水凝胶交联策略：(A) 物理交联的主要方法包括基于结晶的相互作用、离子相互作用和疏水相互作用。(B) 化学交联方法，如Schiff碱反应、点击化学（例如Diels-Alder反应）、光交联和热响应交联，广泛用于水凝胶的制备。（使用BioRender.com创建。）
光引发剂是有效且广泛使用的化学交联剂。光交联通常使用≤10 mW/cm2的紫外线剂量来维持细胞活力。在骨软骨损伤修复工程中常用的光引发剂包括锂苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰磷酸酯（LAP）和Irgacure系列（如Irgacure 2959）。Liu等人[20]开发了一种光交联的PRP水凝胶（HNPRP）用于软骨缺陷修复，通过引入光响应性透明质酸（HA-NB）。这种水凝胶在光照下可以生成醛基，然后与PRP中的氨基反应。这使得水凝胶能够在体内快速成形，完全填充并适应软骨缺陷的几何形状，同时与相邻组织形成无缝接口。水凝胶不仅起到支撑作用，还可以轻松与基于细胞的疗法结合，用于软骨再生和生长因子的控制释放。光交联过程允许在注射后使用紫外线进行原位光固化，从而减少关节镜手术中的切口大小。然而，光交联在软骨损伤治疗中的应用仍需进一步研究。

许多研究团队使用各种交联策略来确保水凝胶在交联后具有足够的机械支持。Liu等人[21]使用壳聚糖和海藻酸盐（SA）作为主要成分制备了双网络水凝胶。壳聚糖衍生物NorCS和CS-SH分别用norbornene和巯基修饰。随后，通过混合NorCS/CS-SH/SA/Ca2+并暴露于紫外线照射下，制备了双网络水凝胶。第一个网络是由NorCS和CS-SH之间的UV触发的巯基-烯点击反应形成的，从而实现了形状定制和快速交联。第二个网络归因于海藻酸盐和钙离子（Ca2+）之间的动态配位键，赋予水凝胶优异的注射性和自愈性能。此外，NorCS含量的增加导致交联位点增多，从而增强了水凝胶的机械性能。具体来说，当NorCS与CS-SH的比例为1:1、2:1和3:1时，水凝胶的拉伸强度分别为18.31、38.37和57.39 kPa。采用多功能交联策略也为制备双网络水凝胶和增强可注射水凝胶对损伤部位的机械支持能力提供了新的见解。

热响应和其他刺激响应水凝胶为增强可注射水凝胶提供了更多可能性[56]。这些水凝胶结合了多种响应机制，包括膨胀诱导的键形成、渗透性控制、收缩、降解、分子切换、运动性、弹性以及由物理化学刺激（如温度、pH值、溶剂组成、离子强度、压力、声波、磁场、光、电场）触发的酶促反应[56]。这些水凝胶的应用将为输送生长促进因子和支持损伤区域提供额外的策略。例如，最常见的热响应水凝胶在室温下保持液态，在37°C时发生液态到固态的转变。然而，可注射水凝胶在这一领域的应用仍需进一步研究。

2.1.3.2. 选择材料以改善软骨修复的水凝胶机械支持
由于水凝胶具有类似软组织的结构，其压缩模量通常只有天然软骨的10%–50%[57]。选择水凝胶的支架材料也会影响其机械支持能力[57]。通过结合各种材料，可以改善水凝胶的机械性能，使其弹性模量与关节软骨相当，从而满足关节支持的要求[[57]、[58]、[59]]。此外，水凝胶的多孔结构使它们能够作为装载间充质干细胞和其他生物活性分子的有效载体[60]。尽管天然支架材料具有生物相容性，但通常缺乏承载应用所需的机械强度。纯天然水凝胶通常表现出不足的机械性能，无法支持软骨组织[61]。然而，通过交联策略结合具有优异机械性能的合成聚合物已被证明可以显著提高水凝胶的结构完整性[62]。羟基磷灰石（HAp）作为一种活性生物陶瓷材料，存在韧性不足、疲劳失效和脆性问题[63]。此外，在其致密块状形式下，HAp的弹性模量为80–110 GPa，压缩强度为400–900 MPa。然而，当制成复合水凝胶时，其机械模量可降低至低至0.9 MPa。为了解决这些限制，HAp通常与其他适当材料结合形成机械强度较高的水凝胶支架。这些复合材料不仅增强了机械性能，还利用HAp的多孔结构来支持软骨修复[64]。HAp与水凝胶基质之间的氢键相互作用增强了三维网络，提高了机械性能并减轻了其脆性。复合水凝胶的多孔结构促进了细胞渗透、营养物质运输、代谢物清除和新生血管形成，使其适合软骨修复[65]。纳米羟基磷灰石（nHAp）由于其较小的尺寸，在修复局部组织损伤（如软骨损伤）方面具有巨大潜力，通过在缺陷部位提供机械支持[22]。例如，Zhao等人[65]制备了一种羟基磷灰石增强的光氧化双交联水凝胶。透明质酸和明胶经过甲基丙烯酸酐修饰；引入儿茶素合成双交联水凝胶HG。随后，加入羟基磷灰石制备了HAp增强型水凝胶（HGH）。实验数据显示，交联网络密度的增加导致水凝胶的硬度提高、孔结构更加紧密、抗降解性能改善以及膨胀减少（图7）。此外，Kumar [66] 开发了纳米羟基磷灰石棒，可以显著增强壳聚糖水凝胶的机械支撑能力。具体来说，含有1.5 wt% nHAP的水凝胶表现出最大压缩强度为1.62 ± 0.02 MPa。随着纳米羟基磷灰石的添加，弹性模量也有所增加，表明其机械性能得到了提升。下载：下载高分辨率图像（858KB）下载：下载全尺寸图像图7. 通过增加交联网络密度，水凝胶可以提高硬度。(A) 根据HMD中甲基丙烯酸酐的含量，展示了HG-1、HG-3和HG-5水凝胶的示意图。(B) HG和HGH水凝胶的压缩应力-应变曲线。(C) HG和HGH水凝胶的压缩强度和压缩模量的直方图。结果表明，增加HMD中甲基丙烯酸酐的取代程度可以提高HG水凝胶的压缩模量。然而，随着通过双键形成的不可逆共价交联程度的增加，水凝胶变得更为脆弱，其压缩强度反而降低。该图经参考文献[65]许可改编。资源：? 2022，作者，由Molecules出版。丝素纤维蛋白具有优异的机械性能；纯丝素水凝胶的压缩强度约为108.29 kPa。然而，在其可注射水凝胶形式下，其强度不足，这种水凝胶在酸性条件下会从溶液状态转变为水凝胶状态。尽管存在这一限制，但其相变能力使其成为一种有前景的可注射水凝胶材料。Dong等人[23]开发了一种丝素纤维蛋白-壳聚糖可注射水凝胶支架，其最大压缩模量为86 kPa，表明基于丝素纤维蛋白的复合水凝胶具有显著的机械性能。壳聚糖水凝胶作为一种天然材料，通过促进相关基因和蛋白质的产生来促进软骨修复，从而提高生物力学性能[67]。合成材料如聚乙二醇（PEG）和聚乙烯醇（PVA）具有更优越的机械性能，常被用作可注射水凝胶的原料。通过调整分子量（508 Da–10 kDa）和浓度（2.5%–40%），PEG及其衍生物的压缩模量可以从kPa达到MPa级别。同时，PVA的压缩强度可超过100 MPa。这些机械性能足以满足天然软骨的需求。但它们通常具有较差的生物相容性。PEG及其衍生物（例如PEGDA、PEG去甲基化物、PEG甲基丙烯酸酯）在可注射水凝胶中显示出潜力，尽管它们在软骨损伤修复中的应用仍需进一步探索。PVA由于其灵活的网络结构，可以支持软骨生长，并与其他聚合物结合形成双网络或分层结构。如-NH3+和-COO-等功能基团可以进一步增强基于PVA的水凝胶的功能[68]。Zhao等人[24]利用硼酸根离子和钙离子存在下的离子相互作用，开发了一种基于PVA的水凝胶，其拉伸模量超过1.0 MPa，最大压缩模量为5.6 MPa。这种水凝胶表现出显著的韧性，最大拉伸应变达到1600%，拉伸模量和压缩模量的断裂能量分别达到600 kJ m?2和25 kJ m?2。此外，动态键合使得形成了模量>1.0 MPa且断裂能量>40 kJ m?2的可注射、坚固的水凝胶。因此，对PVA的化学修饰为软骨损伤修复提供了新的可能性。解决距骨软骨损伤修复早期机械支持不足的问题可以通过设计新的交联策略或选择合适的支架材料来开发具有承载能力的可注射水凝胶来实现。这种方法可能改善术后结果并降低继发性骨折的风险。有效增强水凝胶的早期机械支持可以防止修复过程中的继发性损伤，但软骨修复缓慢和纤维软骨形成不佳仍然限制了距骨骨软骨损伤修复的长期效果。2.1.4. 软骨修复缓慢和纤维软骨形成2.1.4.1. 手术后恢复缓慢和纤维软骨生成距骨软骨损伤的早期临床治疗计划主要集中在开发修复材料上，如自体骨软骨移植或同种异体软骨细胞植入。这些方法旨在通过将自体或供体软骨组织植入缺损部位来填充软骨缺陷并促进修复。然而，传统手术方法由于植入材料缺乏生物活性信号而面临挑战。这种缺陷阻碍了内源性软骨生成因子的动员，导致修复速度缓慢和长期效果不佳[69]。其他现有的临床治疗策略，如微骨折，依赖于内源性生长因子进行修复。然而，软骨损伤部位内源性生长因子的产生效率较低，导致修复速度缓慢和效果不佳（图8）。下载：下载高分辨率图像（620KB）下载：下载全尺寸图像图8. 软骨损伤修复过程中的两个免疫反应阶段。首先招募的免疫细胞是中性粒细胞，它们分泌促炎介质和弹性蛋白酶，并具有招募巨噬细胞、树突状细胞（DCs）和NK细胞的能力。它们还会诱导软骨细胞凋亡和细胞外基质（ECM）降解。NK细胞激活后释放干扰素-γ（IFN-γ），T辅助1型（Th1）细胞将浸润的巨噬细胞极化为M1巨噬细胞。接下来，M1巨噬细胞分泌促炎因子，干扰间充质干细胞（MSCs）的软骨生成分化。DCs诱导Th1和Th17细胞的激活，导致软骨退化，而肥大细胞促进ECM降解。在修复过程中，巨噬细胞被Th2细胞分泌的白细胞介素（IL）-4极化为M2巨噬细胞。M2巨噬细胞可以分泌抗炎因子和软骨生成细胞因子，抑制炎症并促进软骨修复。M1巨噬细胞促进组织纤维化。DCs通过分泌IL-10不仅促进MSCs的软骨生成分化，还诱导调节性T细胞（Tregs）的增殖。Tregs促进IL-10和TGF-β1的表达，抑制炎症并促进软骨生成。此外，NK细胞刺激MSC的招募和破骨细胞的分化。中性粒细胞衍生的囊泡也可以诱导抗炎反应。该图经参考文献[37]许可改编。资源：? 2021，作者，由Elsevier出版。2.1.4.2. 手术后纤维软骨生成人类的距骨表面覆盖着透明软骨，这种软骨提供关节润滑，减少摩擦，并具有各向异性的机械性能。这些特性对于关节在复杂载荷和动态需求下的最佳功能至关重要[70]。然而，研究表明，当软骨受损或退化时，通常会被含有I型胶原蛋白的纤维软骨所替代[37]，具体分子机制如图8所示。在目前的距骨软骨损伤临床治疗策略中，微骨折最常与纤维软骨修复相关。微骨折在完整软骨下的软骨下骨中制造微孔，从而引起骨髓出血。血液填充缺陷并形成富含干细胞和生长因子的凝块。这个凝块作为支架，支持新软骨的发育。然而，由于形成的组织是纤维软骨，修复后的表面在负载下缺乏长期耐久性，容易发生继发性骨折[71]。纤维软骨和透明软骨在组成、结构和生物力学性能上有显著差异。纤维软骨以密集的I型胶原纤维网络为特征，缺乏透明软骨的弹性、韧性、耐磨性和光滑度。因此，修复后形成纤维软骨是一个重要的临床挑战。近年来，研究团队一直在努力寻找合适的生长因子或生物活性物质，并通过适当的载体将其输送到软骨损伤部位，从而引导软骨生成向透明软骨方向发展，而不是纤维软骨。2.1.4.3. 通过水凝胶策略加速软骨修复并减少纤维软骨形成基于海藻酸盐或透明质酸等材料的水凝胶可以负载生长因子或生物活性物质，以促进软骨生成和软骨再生[72]。这些水凝胶可以与间充质干细胞（MSCs）、转化生长因子-β（TGF-β）、骨形态发生蛋白（BMPs）、富血小板血浆（PRP）、胰岛素样生长因子（IGF-1）等结合使用，这些物质已被证明可以促进软骨细胞的增殖、迁移、分化以及软骨基质的合成和分泌，从而加速软骨损伤修复并促进透明软骨的形成。间充质干细胞（MSCs）在软骨损伤治疗领域具有重要意义，因为它们具有高细胞活性[27,31,73]。转化生长因子-β 1（TGF-β1）被广泛用于促进前体细胞的软骨生成分化并修复软骨缺陷[59]。例如，负载TGF-β3的壳聚糖-硫酸软骨素水凝胶已被证明能有效促进hBMSCs向软骨细胞的分化。Lee等人[19]表明，负载TGF-β3的透明质酸水凝胶（HAT）不仅显著提高了生物相容性，还促进了软骨特异性基质和胶原蛋白的合成。这种方法有效促进了软骨修复和透明软骨的形成，突显了负载生长因子的水凝胶在软骨再生中的潜力。Holland等人[74]在用明胶和高分子量聚乙二醇（PEG）交联的OPF水凝胶中填充了重组TGF-β1和IGF-1，结果显示IGF-1的输送比TGF-β1更能改善软骨厚度、表面规则性和软骨细胞聚集。然而，当TGF-β1和IGF-1同时作用于软骨时，骨形态发生蛋白-2（BMP-2）的输送有助于软骨下骨的形成[75]。这突显了适当生长因子负载在促进软骨细胞合成和软骨修复中的重要作用。多种生长因子的联合使用可能具有抑制或协同效应，需要进一步探索。为了解决距骨软骨损伤手术后软骨修复缓慢和纤维软骨形成的临床挑战，应用负载合适生长因子或生物活性物质的可注射水凝胶有助于加速软骨细胞的修复速度并促进透明软骨的直接形成。这种方法不仅可以减少术后并发症，还可以提高长期功能效果和患者的生活质量。3. 总结本综述全面概述了与距骨软骨损伤修复相关的临床挑战以及水凝胶研究的相应进展。距骨软骨损伤常伴有手术伤口感染、填充材料的生物相容性差、术后支持问题以及以纤维软骨形成为特征的软骨修复缓慢[50]。水凝胶因其可注射性、良好的生物相容性、可调的机械性能和易于去除的特点，成为解决这些挑战的有希望的生物材料。进一步的研究表明，水凝胶还具有塑性、可降解性和成像能力以及传感响应性，这些特性增强了其在距骨软骨损伤修复中的潜力，提供了更好的治疗效果和临床应用便利性。表1总结了用于解决OLT修复关键临床挑战的其他可注射水凝胶。尽管可注射水凝胶在距骨软骨损伤修复领域具有巨大潜力，但仍需解决一些科学和技术挑战，以便将其从理论开发转化为临床应用：(1) 引导软骨生成。在软骨形成过程中，间充质干细胞可能会发生纤维化和肥大分化，这可能损害软骨愈合。潜在策略：未来的水凝胶设计必须包含特定的生长因子（例如TGF-β3、IGF-1），并具有引导MSC向透明软骨分化的能力，从而防止纤维化和肥大分化。(2) 机械性能优化。水凝胶的机械性能是其临床应用的关键因素之一。潜在策略：采用双网络交联策略（例如，结合UV触发的噻吩反应与离子配位）或加入增强材料如纳米羟基磷灰石（nHAp），可以显著提高水凝胶的压缩模量和韧性，使其接近天然软骨。(3) 平衡生物相容性和机械强度。水凝胶在与不同材料结合时经常面临生物相容性和机械性能之间的权衡。例如，虽然合成支架提供了优异的机械支持，但可能表现出细胞毒性并对软骨细胞构成风险。潜在策略：开发新型复合材料，如结合天然聚合物（例如透明质酸、明胶）与生物相容性合成聚合物，或使用先进的交联方法（如酶介导或Schiff碱反应），可以帮助实现生物相容性和机械强度之间的最佳平衡。在临床前研究中，可注射水凝胶的临床应用仍需要在多个维度上进行广泛调查，包括评估其机械性能、生物相容性、可注射性和加工性，以及在实际临床环境和患者接受度方面的表现。此外，可注射水凝胶的长期治疗效果是其临床价值的关键决定因素。未来的研究应重点关注治疗后的长期随访，强调软骨再生的质量、关节功能的恢复、复发率以及其他相关结果。这种深入的探索和研究有助于开发出更安全、更具成本效益和更有效的水凝胶材料，为未来与距骨软骨损伤相关的临床挑战提供更好的解决方案。水凝胶在多个医学领域得到广泛应用，但在临床实践中尚无针对软骨损伤/缺陷修复的标准化治疗方法[76]。将新型水凝胶转化为软骨再生手术仍然具有挑战性，尤其是对于具有临床应用价值的商业产品而言。由于水凝胶支架中使用的交联剂和生物材料种类繁多，监管审批过程变得复杂，这增加了其分类和审批的难度。此外，临床上的高期望值和严格的疗效评估也限制了水凝胶在软骨修复中的使用。大规模生产高纯度、可重复性的水凝胶成本高昂且难以扩大生产规模，从而限制了其广泛的临床应用[46]。尽管水凝胶作为标准疗法存在这些监管、临床和制造方面的挑战，但在其临床转化方面已经取得了显著进展。P Niemeyer等人[77]使用NOVOCART? Inject plus（一种用于关节镜微创植入的商业注射型水凝胶）治疗了大面积膝关节软骨缺损（≥4平方厘米），无需额外固定。两年后，93%的患者KOOS评分提高了10分以上，远超预定的40%的响应阈值，并达到了主要终点，所有次要结果也证实了其良好的疗效。与其他ACI产品（Spherox?、MACI?）相比，NOVOCART? Inject plus在KOOS和IKDC评分上表现更优，位居同类治疗方法的前列。即使是之前接受过软骨修复手术但效果不佳的患者也获得了显著的临床改善。Sharma等人[78]将一种生物材料系统与标准微骨折手术结合，用于15名股骨内髁局部软骨缺损的患者，对照组仅接受了微骨折手术。磁共振成像显示，治疗组的组织填充程度明显优于对照组。

目前关于水凝胶用于软骨修复的早期临床试验（例如，用于踝关节修复的间充质干细胞负载水凝胶的I/II期试验[79]）通常受到样本量小和随访时间短的限制[80]。缩小这些转化差距对于成功将基于水凝胶的疗法纳入距骨软骨损伤的常规临床管理至关重要。

本综述仅基于一个数据库（PubMed），并采用了严格的纳入标准，排除了非支架型注射水凝胶（如微球、递送系统、粘合剂）和非承重应用，这些因素可能会引入选择偏倚并降低研究结果的普遍性。作为叙述性综述，本研究未进行定量荟萃分析，也无法汇总注射型水凝胶的预后结果的总体效应量。与其他关于软骨修复的系统评价和临床研究相比，这些局限性表明我们的结论主要反映了水凝胶在功能设计方面的进步，但并未全面涵盖整个领域。因此，需要更全面的多数据库搜索和定量系统评价来系统评估水凝胶在距骨骨软骨病变治疗中的可靠性。

**CRediT作者贡献声明：**
- Si Chen：概念构思、数据管理、数据分析、方法学、初稿撰写、审阅与编辑。
- Yixin Qiu：概念构思、数据管理、数据分析、初稿撰写、审阅与编辑。
- Jiayin Zheng：概念构思、初稿撰写、审阅与编辑。
- Yunjie Wu：初稿撰写、审阅与编辑。
- Tian Tan：初稿撰写、审阅与编辑。
- Qiyue Wang：审阅与编辑。
- Rongjie Lu：初稿撰写、审阅与编辑。
- Ziyu Gao：初稿撰写、审阅与编辑。
- Yixun Cai：初稿撰写、审阅与编辑。
- Siming Yang：初稿撰写、审阅与编辑。
- Zhigang Zhong：概念构思、监督、初稿撰写、审阅与编辑。
- Kezhou Wu：概念构思、数据管理、数据分析、资金获取、研究设计、方法学、项目管理、资源协调、软件使用、监督、验证、可视化、初稿撰写、审阅与编辑。