高分子水凝胶修复关节软骨损伤：安全与有效性评价
高强韧与响应型高分子水凝胶研究进展
高强韧与响应型高分子水凝胶研究进展作为一种新型的高分子材料，在工业生产中高分子水凝胶逐渐取得了广泛的应用。
高分子水凝胶的结构和性能与生物组织较为类似，它具有较高的安全性和生物相容性，因此被广泛的应用在医药工程、组织工程、创伤修复的领域，发展前景十分乐观。
因此，人们要对于高分子水凝胶进行进一步的改进，研发具有高强韧性能和响应功能的水凝胶。
本文查阅的各种资料，总结了在高分子水凝胶方面的一些重要研究结论，并根据它的合成方法与原理，介绍了几种典型的高分子水凝胶增强强韧性和响应性的方法，对于解决关键的科学问题有一定的帮助作用。
标签：高强韧性；高响应型；高分子水凝胶；组织工程0 引言高分子水凝胶是现阶段被广泛应用的一种高分子材料，具有强韧性和高响应性。
从结构上来看，高分子水凝胶是含有大量水的三维聚合物网络，与生物组织类似，也是一种科学家现阶段重要研究的生物材料。
它的响应原理是基于阴阳离子和两性离子单体的智能响应。
高分子水凝胶的含水量以及其独特的生物相容特征使得其得到了很大程度的发展以及大范围的应用。
与传统的水凝胶相比高分子水凝胶改善了结构不稳定的缺点，同时，避免了化学交联剂分散不均导致的易破碎情况出现。
目前高分子水凝胶是水凝胶中应用最广泛的。
1 高分子水凝胶的设计思路在当前对于高分子水凝胶的设计过程中，主要有以下几种思路：（1）通过有效改善交联点就可以有效降低由此导致的结构网的破损程度。
（2）在水凝胶的结构中引入牺牲键，通过这个价键的锻炼来吸收能量，从而提高凝胶的强韧性。
（3）纳米颗粒通过物理和化学变化承担巨型交联点的责任作用就可以使得聚合物呈现出三维网络状态。
（4）价键和超分子的非价键作用和自我组装可以形成高分子网络，也就是能够形成高分子水凝胶。
这些年来，科学家将这些想法汇合，进行不断的研究，来研发新型的高分子水凝胶材料，取得了一定的进展。
2 高分子水凝胶研究中存在的问题（1）不论是人工合成的高分子水凝胶还是利用天然材料得到的高分子水凝胶，都很难达到生物组织原本的精巧的结构，在本质上与其有较大的差别，因此水凝胶的物理性能与生物功能很难达到生物组织的要求，因此在一定程度上限制了凝胶材料的应用。
基于透明质酸的复合水凝胶修复骨关节炎软骨损伤：应用与机制
二、制备方法
3、制备水凝胶：将前驱体溶液浇铸到预定形状的模具中，然后进行分离、干 燥等工艺，最终得到水凝胶成品。
三、特性分析
三、特性分析
基于透明质酸构建的水凝胶具有以下特性： 1、机械性能：透明质酸水凝胶具有优异的弹性和机械强度，能够承受一定的 外界压力和拉伸力。
三、特性分析
2、化学稳定性：透明质酸水凝胶对酸碱和酶有较强的稳定性，不易发生降解 和变质。
基于透明质酸构建的水凝胶应用 于细胞膜片的复合及抗菌敷料
一、背景介绍
一、背景介绍
透明质酸是一种天然高分子聚合物，广泛存在于人体结缔组织中，具有优良 的生物相容性和保湿性能。水凝胶是一种由水溶性聚合物形成的新型生物材料， 具有三维网络结构，能够保持一定的形状和体积。在医学领域，透明质酸和水凝 胶结合使用，可以发挥两者的优势，为细胞膜片的复合和抗菌敷料的应用提供有 效的解决方案。
研究现状
研究现状
近年来，越来越多的研究表明，透明质酸在骨关节炎软骨损伤修复中发挥重 要作用。实验设计方面，研究者多采用兔、狗、鼠等动物模型来模拟骨关节炎病 变，通过对其软骨损伤部位进行透明质酸局部注射或水凝胶植入，观察其疗效及 作用机制。在临床试验方面，已有报道显示，基于透明质酸的复合水凝胶对于骨 关节炎软骨损伤具有显著的治疗效果。
相比之下，明胶海藻酸盐复合微球在修复效果和生物活性方面表现出更大的 优势。一方面，复合微球具有更加丰富的内部孔结构和更大的比表面积，能够提 供更好的细胞生长和增殖环境；另一方面，明胶海藻酸盐复合微球还具有优异的 吸水性和保水性，可以为受损软骨组织提供更好的保湿环境，促进细胞的粘附和 分化。
内容摘要
结论与展望
展望未来研究方向，我们建议进一步深入研究透明质酸复合水凝胶的作用机 制，以便为其在骨关节炎临床治疗中的应用提供更多理论依据。同时，可以探索 优化复合水凝胶的制备工艺和控释性能，提高其临床应用效果和安全性。此外， 随着3D打印技术的不断发展，可以尝试将透明质酸复合水凝胶与3D打印技术相结 合，实现个性化、精准化的骨关节炎治疗。这将为骨关节炎软骨损伤修复研究开 辟新的领域和前景。
PVA凝胶软骨修复材料的制备与性能研究的开题报告
PVP/PVA凝胶软骨修复材料的制备与性能研究的开题报告一、选题的背景和意义软骨组织具有良好的弹性和缓冲性能，对人体运动功能具有非常重要的作用。
然而，软骨损伤或退化在很大程度上会影响人体活动的正常，如果一旦软骨发生损伤或磨损，将会非常困难和昂贵来修复。
因此，如何制备一种具有良好生物相容性和生物力学特性的软骨修复材料，以加速软骨组织修复和缓解疼痛，就成为了一个备受关注的研究领域。
目前，由于许多因素的影响，例如代谢、创伤、遗传等，软骨损伤和损坏的情况逐年增加。
传统的治疗方法，例如微创手术、骨激素、短波等方法仍然存在许多不足。
因此，研制一种高效和可靠的治疗方法，成为许多研究者和医生共同的目标。
PVP/PVA凝胶作为一种新型的软骨修复材料，因其透明、透气、无毒、可吸收等优良性能，在生物医学工程领域中得到了广泛的应用，因此，研究PVP/PVA凝胶软骨修复材料的制备与性能具有非常重要的学术和应用价值。
二、研究内容及方法本文将以PVP/PVA凝胶为主要研究对象，通过实验方法对PVP/PVA凝胶的合成、结构特点、生物相容性、生物力学性能进行了分析和探究。
1. PVP/PVA凝胶的制备方法研究：采用相转移催化法和自由基聚合法等方法制备PVP/PVA凝胶，并对其合成条件进行优化与改进，以获得相应的优良性能。
2. PVP/PVA凝胶的形态结构研究：利用红外光谱仪、核磁共振波谱等手段对PVP/PVA凝胶的结构进行分析、表征和比较，以探究其形态结构及特性差异性。
3. PVP/PVA凝胶的生物相容性研究：采用大鼠内皮细胞培养试验、细胞形态观察和细胞增殖率等方法对PVP/PVA凝胶与生物体内皮细胞的生物相容性进行评估。
4. PVP/PVA凝胶的生物力学性能研究：采用纳米渗透法、扫描电镜等手段评估PVP/PVA凝胶与硅胶的力学性能，分析其硬度、防水性等基本性能。
三、预期研究结果及意义1. 本文将建立PVP/PVA凝胶的制备方法，为研究和应用此类凝胶材料提供了理论和技术基础。
高分子水凝胶修复关节软骨损伤：安全与有效性评价
Degradable natural polymer hydrogels in articular cartilage repair: safety and effectiveness assessment
Zhao Wen1,2, Liu Yu-ying3, Liu Zi-hao4, Wang Mei4 (1Department of Orthopedic Surgery, the General Hospital of Chinese PLA (301 Hospital), Beijing 100853, China; 2Department of Orthopedic Surgery, Beijing Aerospace General Hospital, Beijing 100076, China; 3Department of Cell and Molecular Pharmacology and Experimental Therapeutics, Medical University of South Carolina, Charleston, SC, 29425,USA; 4Zunyi Medical University, Zunyi 563000, Guizhou Province, China)
Corresponding author: Zhao Wen, Department of Orthopedic Surgery, the General Hospital of Chinese PLA (301 Hospital), Beijing 100853, China; Department of Orthopedic Surgery, Beijing Aerospace General Hospital, Beijing 100076, China
关节软骨损伤修复新方法的开发与应用-中华医学会
中华医学科技奖形式审查结果公布年份2018推荐奖种医学科学技术奖项目名称关节软骨损伤修复新方法的开发与应用推荐单位推荐单位：吉林大学推荐意见：我院常非教授带领团队在基础和临床研究上对关节软骨缺损的治疗方面取得了显著成果。
首先，在软骨修复组织工程载体的开发方面，创新性的研发一系列新型可注射性/温敏性水凝胶，使其在软骨修复过程中不仅操作简便安全，而且有利于从细胞增殖分化，有利的促进了软骨组织修复。
通过不同凝胶的性能对比，筛选出最优质细胞载体，已初步用于临床试验。
其次，在临床方面该团队进行了细胞及细胞因子移植术的开发与应用以及对自体骨软骨移植术进行改良。
该项目实现了对软骨损伤修复方法的创新和完善，取得了大量的基础研究数据，而且多种治疗方法已经在临床上广为应用。
通过该项目的实施，软骨缺损及相关疾病患者的并发症发生率显著降低，治愈率显著提高，以上指标均处于国内外较高水平；获得授权发明专利16项，发表的12篇核心SCI收录论文的影响因子共计：33.94，他引次数：80次。
发表中文核心期刊论文4篇。
该项目已经推广应用吉林，黑龙江，辽宁，山东等多个省市医院，共计应用患者数百例，极大地促进了软骨损伤修复新技术的研发和发展，推动了全国骨科医疗水平的提高。
同意推荐申报中华医学科技奖一等奖。
项目简介【主要科技内容与技术经济指标】关节软骨损伤在世界范围内相当普遍，软骨损伤在 60 岁以上人群中达到60%。
很多患者因此影响正常运动功能，甚至导致残疾。
本项目研究实现了对软骨损伤修复方法的创新和完善，具体如下：1.新型软骨修复组织工程载体的开发：我们研发的可注射性/温敏性水凝胶作为组织工程载体能够促进移植细胞增殖分化，有效促进了软骨组织的修复。
我们合成了有机小分子可它因（kertogenin,KGN），并复合于温敏性水凝胶系统中，证实其可长期诱导软骨再生。
2.骨髓基质干细胞（BMSCs）移植在软骨缺损修复中的作用：研究发现BMSCs的局部移植联合微骨折术可以改善类风湿性关节炎的症状，诱导内源性干细胞发挥免疫抑制能力，保护软骨免于进一步的破坏，同时起到修复软骨缺损的作用。
刺激响应型水凝胶修复关节软骨的研究进展
关节软骨是覆盖在关节表面的一层弹性组织，有吸收震荡、缓冲应力、润滑关节表面、防止磨损等重要作用，其损伤可能会导致关节功能恶化[1]。
关节软骨损伤来源于运动损伤、炎症、衰老、肿瘤等多种因素，是一种退行性疾病。
临床研究表明，60%的膝关节镜检查病人表现为软骨损伤，15%的60岁以上人群表现出软骨损伤的临床症状[2]。
如软骨损伤治疗不及时或者治疗方法不当，将会导致骨关节炎（osteoarthritis，OA）[3]。
OA虽然不是致命的疾病，但却是致残的主要原因，全球超过3.03亿人面临OA带来的痛苦，给社会造了重大的经济负担[1]。
临床上用于治疗关节软骨损伤的方法很多，主要分为保守治疗和手术治疗。
保守治疗主要包括药物治疗、减轻体重、改变生活方式、康复训练、局部封闭、理疗、支具保护等[4]。
手术治疗包括关节镜下灌洗与清创术、软骨下钻孔与微骨折成形术、移植修复等[5]。
然而这些治疗方法只是暂时缓解症状，没有再生软骨的功能。
由于关节软骨不存在血管、神经和淋巴组织，出现缺损后难以自我修复[6-7]。
因此，对损伤关节软骨进行修复重建以恢复关节功能，在临床治疗中非常必要。
干细胞刺激、同种自体或异体移植等方法，会引起软骨退化或二次伤害等[8]。
利用组织工程技术将药物、生长因子或者细胞与生物材料结合形成人工软骨，使其具有类天然细胞外基质(ECM）的结构[9]，机械性能和微环境可与天然软骨匹配，已成为软骨修复的重要途径[10-11]。
水凝胶是一类具有弹性、表面光滑且含水量高的生物材料，通过物理或化学交联可形成类ECM的三维网络结构，具有良好的生物相容性、亲水性和生物刺激响应型水凝胶修复关节软骨的研究进展衡田1，赵安莉1，陈泓汝1，陈攀1，王睿松1，张驰1，2综述孙富华1，2审校1.西南医科大学康复医学系（泸州646000）；2.西南医科大学附属医院康复医学科（泸州646000）【摘要】软骨损伤作为临床常见的退行性疾病，治疗手段从传统的保守和手术治疗发展为现在的再生修复，而水凝胶是软骨修复中常用的生物材料。
水凝胶在软骨修复中的应用
水凝胶在软骨修复中的应用
水凝胶是一种具有优异生物相容性、生物降解性和可调控性的材料，近年来被广泛应用于软组织修复和再生领域。
在软骨修复中，水凝胶作为一种有效的载体材料，被用于细胞移植、药物传递和生长因子释放等方面。
通过改变水凝胶的物理和化学性质，可以调节其机械性能和生物活性，实现针对性的软骨修复。
例如，利用交联度的调节，可以控制水凝胶的强度和稳定性；利用表面修饰和共价交联等方法，可以增加水凝胶与周围组织的黏附性和生物相容性。
水凝胶也被用于软骨细胞的定向培养和生长因子的释放。
通过在水凝胶中添加适当的生长因子，可以促进软骨细胞的增殖和分化，促进软骨再生。
同时，水凝胶还可以保护细胞免受机械应力和药物毒性的影响，提高软骨修复效果。
总之，水凝胶在软骨修复中具有广阔的应用前景，将为软骨缺损治疗带来新的机遇和挑战。
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水凝胶应用在关节损伤中的意义和进展
水凝胶是具有网状交联结构的高分子亲水性材料，吸水后体积会显著膨胀。
水凝胶具有较好的生物力学作用，通过改性［1］可以制备更多具有优良特性的生物材料，例如合成具有“8”字形结构［2］的滑动轮水凝胶，这类水凝胶的抗应力的特性适合用作关节隔离支撑材料。
水凝胶的多孔结构可以贮存药物并缓慢释放，例如在关节腔内给药治疗关节软骨的局部病变。
本文主要介绍水凝胶的发展、性能、应用以及在关节慢性运动损伤中的研究现状和应用前景。
1水凝胶的研究进展1.1发展演变从Wichterle和Lim首次研究甲基丙烯酸β⁃羟乙酯（2⁃Hydroxyethyl methacrylate，HEMA）优良的性能开始，到Nagarsekar等［3］通过生物合成法合成出类弹性蛋白聚合物（elastin⁃like polypeptides，ELPS）水凝胶时期，再到Cappello等［4］研究了类丝蛋白聚合（silk⁃elastin⁃like⁃protein，SELP）与组织的生物相容性。
这些研究都发现了水凝胶具备优良的特性，近年来，有关水凝胶的制备工艺和理化性质的研究十分活跃，Bahcecioglu等［5］人发现使用含有聚乙酸丙酯水凝胶的细胞支架有利于促进体外半月板再生。
1.2水凝胶分类水凝胶按照材料来源［6］、交联方式［7］、对外界刺激的响应情况［8］等可以进行不同的分类（见表1）。
根据材料来源的不同可以分为天然水凝胶及合成水凝胶；根据水凝胶交联网络键合机理不同可分为物理水凝胶和化学水凝胶；根据对外界环境刺激的响应程度，可分为传统水凝胶和智能水水凝胶应用在关节损伤中的意义和进展郭明宇，徐林*［摘要］水凝胶是一种吸收大量水后可形成交联聚合物网络材料，具有优良的生物相容性和力学特性，水凝胶种类繁多，在人工关节置换、生物填充材料、药物缓释、组织工程等医学领域有较多的应用与值得开发的潜能。
本文重点介绍了具备关节隔离支撑、药物长效释放以及用作组织工程支架等一系列水凝胶在关节慢性运动损伤的研究进展，详细阐述了兼具以上功能的水凝胶的性能、应用，并对水凝胶在关节损伤应用的研究现状及前景进行了讨论。
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文章亮点： 1 此问题的已知信息：已有研究证实水凝胶在骨软骨组织修复工程中可作为一个具有研究前景的支架材料。 2 文章增加的新信息：阐述了几种天然高分子水凝胶材料的理化特性及生物学特性，以及改性方式。 3 临床应用的意义：随着对天然高分子水凝胶机械性能与生物功能的优化，其将从根本上减轻或治愈关节软骨的 损伤及缺失或延缓关节退变，因而在关节软骨的再生及修复领域有着可观的应用前景。 关键词： 生物材料；软骨生物材料；天然聚合物；生物可降解聚合物；水凝胶；关节软骨；组织工程 主题词： 软骨，关节；水凝胶；组织工程 基金资助： 航天总院科技基金资助项目：高分子聚合水凝胶在骨组织工程中的应用
中国组织工程研究 第 18 卷 第 34 期 2014–08–20 出版 Chinese Journal of Tissue Engineering Research August 20, 2014 Vol.18, No.34
高分子水凝胶修复关节软骨损伤：安全与有效性评价
赵 文1，2，刘玉英3，刘子豪4，王 美4 (1解放军总医院(301医院)骨外科，北京市 100853；2北京航天总医院骨外科，北京市 100076； 3美国南卡罗来纳州医科大学细胞治疗和分子药理系，美国南卡罗来纳州，查理斯顿 29403；4遵义医学院，贵州省遵义市 563000)
赵文，男，1968 年生，四 川省绵阳市人，汉族，华 中科技大学同济医学院毕 业，硕士，教授，主任医 师，主要从事骨与关节损 伤研究。
通讯作者：赵文，解放军 总医院(301 医院)骨外科， 北京市 100853；北京航 天总医院骨外科，北京市 100076
摘要 背景：高分子水凝胶与关节软骨的细胞外基质组成相似，可促进软骨细胞增殖、分化，形成软骨板，促进关 节软骨的再生和修复。 目的：阐述几种可降解天然高分子水凝胶及其在关节软骨修复组织工程中的最新研究进程及成果。 方法：以“natural polymers，biodegradable polymers，hydrogel scaffold，articular cartilage，regeneration； 关节软骨，水凝胶，天然聚合物，组织工程”为检索词，应用计算机检索从 1994 年 1 月至 2013 年 7 月 PubMed 数据库、Springer 数据库、Sciencedirect 数据库、Ovid 数据库及 CNKI 数据库发表的天然高分子水凝胶材料 相关文献。 结果与结论：天然高分子水凝胶材料包括蛋白质类(胶原蛋白、明胶)及多糖类(壳聚糖、透明质酸)等。改性后 天然高分子水凝胶不但具备关节软骨再生的理化特性，而且具有良好的生物特性，即组织相容性、低免疫原 性、低细胞毒性、自身可降解性，同时可促进细胞黏附、增殖与分化，具备推动新组织再生的能力，甚至能 够作为药物、生长因子等的缓释载体，在关节软骨再生及修复领域有着可观的应用前景。
Zhao Wen, Master, Professor, Chief physician, Department of Orthopedic Surgery, the General Hospital of Chinese PLA (301 Hospital), Beijing 100853, China; Department of Orthopedic Surgery, Beijing Aerospace General Hospital, Beijing 100076, China
doi:10.3969/j.issn.2095-4344. 2014.34.023 []
中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:2095-4344 (2014)34-05540-08 稿件接受：2014-07-02
赵文，刘玉英，刘子豪，王美.高分子水凝胶修复关节软骨损伤：安全与有效性评价[J].中国组织工程研究， 2014，18(34):5540-5547.
Degradable natural polymer hydrogels in articular cartilage repair: safety and effectiveness assessment
Zhao Wen1,2, Liu Yu-ying3, Liu Zi-hao4, Wang Mei4 (1Department of Orthopedic Surgery, the General Hospital of Chinese PLA (301 Hospital), Beijing 100853, China; 2Department of Orthopedic Surgery, Beijing Aerospace General Hospital, Beijing 100076, China; 3Department of Cell and Molecular Pharmacology and Experimental Therapeutics, Medical University of South Carolina, Charleston, SC, 29425,USA; 4Zunyi Medical University, Zunyi 563000, Guizhou Province, China)
Accepted: 2014-07-02
5540
P.O. Box 10002, Shenyang 110180
赵文，等. 高分子水凝胶修复关节软骨损伤：安全与有效性评价
Subject headings: cartilage, articular; hydrogel; tissue engineering Funding: the Science and Technology Fund of Beijing Aerospace General Hospital
Abstract BACKGROUND: Polymer hydrogels composed of highly hydrated crosslinked network mimic the composites of the cartilage extracellular matrix and are embedded with articular chondrocytes not only to support chondrocytes growth but also to promote chondrocytes proliferation and division which will induce the cartilage regeneration and repair. OBJECTIVE: To review several kinds of natural polymer hydrogels and their newest progress and achievements. METHODS: Relative literatures from January 1994 to July 2013 were classified and analyzed by searching the databases through PubMed, Springer, Sciencedirect and Ovid databases using the keywords of “natural polymers, biodegradable polymers, hydrogel scaffold, articular cartilage, regeneration”. RESULTS AND CONCLUSION: Natural proteins (collagen, gelatin) and polysaccharides (chitosan, hyaluronic acid) are widely used as natural polymer hydrogels. The natural polymer hydrogels have not only the physical characters beneficial to articular cartilage regeneration, but also the important biological parameters, such as biocompatibility, low immunological response, low cytotoxicity and degradation. Meanwhile, the polymer hydrogels with natural origin can promote cell adhesion, proliferation and division, and enhance the regeneration of new tissue. Moreover, they also can serve as carriers to sustain the release of drugs and growth factors. All in all, natural polymer hydrogels have a potential application in articular cartilage regeneration and repair.
天然壳聚糖支架与软骨细胞外基质的结构与功能有 相似之处[8]。基础研究已证实，成熟软骨细胞外基质由水 (70%)、可溶性胶原蛋白纤维的三维交联网及其他可溶性 成分(如蛋白多糖及糖蛋白)组成，其中交联网状结构主要 由Ⅱ型胶原组成，在关节运动中，它提供足够的机械强度 以维持关节软骨的体积和形状。然而细胞外基质的机械强 度不仅取决于胶原蛋白、蛋白多糖及其他蛋白等大分子本 身，还有赖于这些大分子高度有序排列组合而成的支架结 构。高分子水凝胶(交联聚合网含水量60%-90%)之所以 能作为一种良好的支架材料应用于软骨组织工程研究中， 不仅仅取决于它的化学结构，更重要的是它的组成成分、 生物功能、可降解性、物理特性等几个重要特性，而且这 些特性可以被反复重新设计及改造，因此优于普通水凝 胶[9-10]。目前研究证实，天然可降解高分子水凝胶及其衍 生物已可以成功将细胞植入其中，为细胞增殖及组织再生 提供生长条件[11]。天然水凝胶的突出优点在于其分子结构 与细胞外基质相似，低毒，低免疫原性，能提供利于细胞 黏附、增殖、分化及分泌细胞外基质的良好条件，其自身 可在人体内通过水解和细胞吞噬等途径自然降解、排出。 但天然水凝胶缺乏足够的机械强度，使其在关节软骨修复 应用中受到限制。对此，诸多研究者希望通过改变交联剂、 交联方式等共聚合反应对胶体改性，提高天然水凝胶材料 的强度及韧性[12-14]。