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科学家重大突破：新型生物材料，可修复心脏和声带。
据报道，由蒙特利尔麦吉尔大学多学科科学家团队开发的可注射水凝胶足以修复心脏、肌肉和声带。据研究人员小组称，它被描述为再生医学的重大进步，是全球范围内第一种可以承受心脏和声带组织在愈合过程中不断运动的可注射伤口修复材料。
水凝胶是一种生物材料，可以为细胞的生存和生长提供空间。一旦注射到体内，生物材料就会形成稳定的多孔结构，具有高渗透性和韧性的特点。允许活细胞生长或通过以修复受损的器官。注射水凝胶对再生医学具有深远的影响。然而目前许多可注射的水凝胶不能维持很大的变形，在机械动力学组织环境中容易断裂，尤其是像心脏、声带这类生物组织。
图片来源：Sepideh Mohammadi
"心脏受损愈合恢复往往面临漫长而棘手的过程。因为随着心脏的跳动，组织必须承受恒定运动带来的牵引力。声带也是如此。迄今为止，还没有足够坚韧的可注射材料可以胜任这项工作，"麦吉尔大学机械工程系博士研究生Guangyu Bao说道。
基于此，麦吉尔大学研究团队新开发了一种新型双网络（DN）可注射水凝胶，所得水凝胶的相互连接的孔隙能够通过有机物大小的介质。
研究人员在模拟人类声带极端生物力学的机器中测试了他们这款水凝胶的韧性。研究表明，新水凝胶在长时间的高频振动（每秒120次的速度振动超过6000000次循环）下保持物理完整性。而其他标准水凝胶则断裂成碎片。
图片来源：Sareh Taheri
"我们非常高兴看到这项测试的结果。在我们之前，没有同时具有高孔隙率和韧性的可注射的水凝胶"Guangyu Bao说。研究人员认为这项研究在其他新应用方面也具有巨大潜力，如药物输送，组织工程、切片器官、药物递送和疾病建模等。
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水凝胶——面向未来的100项颠覆性技术创新
热点资讯
近日，欧盟委员会（EUROPEAN COMMISSION）发布《面向未来的100项重大创新突破》（100 Radical Innovation Breakthroughs for the future）报告。
“水凝胶”就位列其中。
其评定依据是：
水凝胶是具有高吸收性（包含90%以上的水）的天然或合成聚合物。由于它们的含水量较高 ，表现出“与自然组织相当的柔韧性”，水凝胶通常作为分子和细胞物种的载体，能够总结细胞/组织发育过程中的动态信号。由于其仿生性，水凝胶是生物医学应用的主要材料，如药物输送和干细胞治疗。一般来说，制造水凝胶需要一系列前体材料之间的化学反应和相互作用。
水凝胶在医学领域具有广阔的前景。不久的将来，水凝胶将为急救工作提供基础支持，使患者能够达到自我修复。随着技术的进一步发展，治愈性软体机器人将可以接触生物体的细胞，并在微观和亚微观水平上进行手术。
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水凝胶，到底有多火？
水凝胶，一个应用非常广泛的领域，研究的深度非常值得去挖掘。
从低值医用耗材到高端药物输送技术，从外用敷料到体内组织支架，水凝胶因其特有性能在生物医药领域大放异彩！
十大创新应用
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医用敷料
外伤及外伤感染是医院的多发病例，医用敷料可充当保护屏障，用来覆盖伤口，吸收伤口渗出液体，帮助创面愈合。水凝胶具有良好的柔韧性和生物相容性，其制作的敷料吸收液体性能好，能够为创面创造一个利于组织再生的湿润环境，凝胶滑弹状态可有效地避免了伤口黏连造成的二次伤害，因此成为医用敷料的极佳选择。
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药物输送
药物输送系统是利用材料作为载体或介质，与药物结合后进入人体使药物分子在人体内持续缓慢地释放，从而达到治疗疾病的目的。
水凝胶具有储存药物、控制药物释放速度和驱动释放的功能，既能调节制剂的硬度和强度，又具有促进分解的作用，还能遮蔽医药品的气味，在药物释放载体领域具有较大的应用潜力。
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牙龈再生
牙髓再生是运用组织工程学的原理，将牙髓干细胞在体外培养后植入生物相容性良好且可以被吸收降解的生物支架上，诱导牙髓干细胞形成牙髓-牙本质复合体和类牙髓样组织，修复受损牙髓组织并恢复其生理功能。
水凝胶可以制备成可注射剂型，在凝胶化前可通过注射的方式使液体充分填充髓腔和根管，发生凝胶化反应后，形成的水凝胶与周围组织密切贴合，非常适合在牙髓再生研究中应用。另外。水凝胶包封细胞后发生溶胶-凝胶转化，可使细胞在凝胶内部分布较为均匀，可能解决牙髓再生中外源细胞难以深入根管内支架深部的问题。
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心脏修复
心肌梗死是威胁人类健康的重大疾病之一，心肌梗死后大量心肌细胞发生坏死并形成瘢痕，导致心力衰竭。采用直接心脏移植来进行心脏修复治疗，受供体数量、排斥反应等影响，成功率低。因此，采用细胞移植进行心脏修复是治疗心力衰竭的更有效方法，但移植后细胞的低滞留率和低存活率大大限制了其在临床的推广应用。
水凝胶可以由多种天然或合成衍生聚合物构成，并组装成高含水量的三维聚合物网络。这些特点使水凝胶能够模仿细胞外基质环境作为细胞移植的载体，促进细胞存活、增殖、分化和迁移，促进组织再生。可注射水凝胶为移植细胞提供较好的生存环境，除了满足生物相容性、低免疫原性、高渗透性及可调机械性能，还可经导管输注到心肌进行微创治疗，是心脏组织工程的重要组成部分。
05
神经修复
周围神经损伤（PNI）导致轴突连续性中断、远端神经纤维退化和神经元死亡，引起患者运动、感觉等自主功能丧失，严重影响患者正常生活。治疗PNI 的传统外科手术方法是用自体神经和人造生物材料进行桥接修复，但自提神经来源受限且尺寸不匹配等原因限制其应用。组织支架可作为神经细胞生长的载体和神经药物高效输送的平台，可克服自体神经问题用于治疗神经修复。
天然高分子水凝胶是一类高生物相容性材料，与人体细胞外基质环境相近，是近年来应用于神经修复的热点医用材料。其硬度和粘弹性等力学性能与人体神经组织相近，膨胀后构建的致密三维结构可促进神经生长，承载生物活性物质可以制备具有药物缓释功能的水凝胶神经组织支架。另外，天然高分子水凝胶可作为细胞培养平台，定向排列细胞，促进神经轴突生长，弥补受损神经间隙，从而修复周围神经损伤。
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骨修复
衰老、疾病、创伤等多种因素引起的骨缺损对人体产生极大的危害，因此需要有效的治疗方法实现骨组织的修复和再生。骨移植是治疗骨缺损的重要手段，然而骨移植材料来源匮乏、异体骨移植的供体骨组织不健全、感染与并发症风险等，使骨移植的应用受到限制。
刺激响应型水凝胶含有普通水凝胶的优点，能够感受温度、光照、PH 和磁场等外界物理化学刺激，进而在三维形状、固液相态等性质上触发转变，产生可注射性、自愈合性、形状记忆等性能，可用于搭载活性细胞及细胞生长因子并植入缺损组织，实现骨组织损伤修复和功能重建。
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脊髓损伤修复
脊髓损伤（SCI）会导致受损脊髓以下神经功能障碍，引起感觉或运动能力的部分或全部丧失，患者多遗留四肢瘫痪、顽固性神经痛等严重后遗症。间充质干细胞（MSCs）移植是治疗脊髓损伤的重要手段，但细胞移植后的低存活率限制其在临床上的进一步应用。
水凝胶材料因其良好的生物相容性、生物降解性被广泛应用于组织工程。MSCs 与水凝胶联合应用时，水凝胶能够稳定病变部位炎症环境，同时负载 MSCs 将其原位递送到损伤区域进行修复，并为受伤组织的再生提供适宜环境，在 SCI修复方面有良好的应用前景。
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骨关节炎软骨损伤修复
骨关节炎是一种退行性病变，软骨组织的慢性炎症通过免疫反应等机制导致软骨损伤。由生物支架、种子细胞和有利的生长因子组成的组织工程发展成为最有前途的软骨组织修复策略，但移植种子细胞后，细胞外基质由于支持不足及炎症造成大量细胞死亡，软骨修复达不到预期的效果，所以要求生物支架应具有生物相容性和生物可吸收性，同时可支持细胞生长和分化，提供适应的机械环境并允许细胞营养物质的运输。
水凝胶作为交联亲水性聚合物是生物医学领域重要的生物材料，具有优异的生物相容性，可导致最小的炎症反应和组织损伤。透明质酸遍布于结缔组织、上皮组织和神经组织，是细胞外基质的重要组成部分，有助于细胞增殖和迁移。因此，结合两者优势的透明质酸水凝胶具有良好的生物相容性、生物降解性和低免疫原性，在骨性关节炎的软骨修复中得到了广泛应用。
09
医用植介入
水凝胶介入疗法是水凝胶在生物医学领域里的一种崭新的应用。通过水凝胶的界面原位聚合技术，在血管内表面形成一层薄薄的水凝胶涂层，从而隔离血液与受伤血管壁的接触，抑制血小板沉积、血栓形成和新生内膜扩增。另外，生物活性水凝胶涂层可通过引入生物活性因子，促进血管内皮愈合，从而恢复血管的正常功能。
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生物监测
通过将导电填料与不同类型的聚合物基质结合在一起，可以合成出多种类型的导电聚合物水凝胶。导电水凝胶作为一种新型功能凝胶材料，受到了研究者的青睐，科学家使用导电水凝胶开发了电容传感器来应用于监测人体活动。实验结果表明，导电水凝胶电容传感器对不同力度的手指触碰和不同程度的手指弯曲形变都表现出灵敏的响应行为。
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