【科研摘要】

水凝胶是一类重要的生物材料，在交联的聚合物网络中具有高含水量的独特特性。特别是，化学交联的水凝胶由于其理想的机械性能以及结构和化学性能的可调节性，在过去几年中已产生了巨大的临床影响。利用各种聚合物和逐步增长的交联化学方法来制备此类共价交联的水凝胶，以进行翻译研究。但是，为预期的临床应用选择合适的交联化学物质和聚合物既费时又充满挑战。它要求将聚合物化学知识与周到的交联反应设计相结合。当其他因素(例如病理学的生物学机制，实际的给药途径和法规要求)增加了其他限制时，这项任务将变得更具挑战性。

在这篇综述中，哈佛大学Samir Mitragotri教授团队概述了通常用于制备可翻译水凝胶的交联化学和聚合物的关键特征，并总结了它们在生物系统中的性能。特别强调了已经获得临床认可的水凝胶产品的有效聚合物/交联化学组合的例子。这些水凝胶设计参数在调节过程和临床翻译障碍的背景下，为合理选择聚合物/交联化学组合物以构建具有高翻译潜力的水凝胶提供了指导。该综述发以题为Covalently Crosslinked Hydrogels via StepGrowth Reactions: Crosslinking Chemistries, Polymers, and Clinical Impact发表在《Advanced Materials》。

【主图导读】

图1化学交联水凝胶的临床应用摘要，包括主要产品，剂型(原位应用的注射剂，片剂，胶囊剂和液体剂)以及所用的关键聚合物和交联化学。

图2a，b)使用逐步交联化学(在官能团A和B，A + B之间)进行以下步骤制备化学交联水凝胶的示意图。

图3a)细胞交联的水凝胶是通过DBCO功能化的分支藻酸盐与叠氮化物修饰的细胞之间的反应而制备的，这些细胞是通过代谢糖工程技术开发的。b)水凝胶在振荡下于37°C混合后1小时内形成，胶凝点取决于叠氮化物修饰细胞的浓度。c)水凝胶显示具有细胞结构域和藻酸盐网络的微相分离结构。

图4a)由双环壬炔修饰的4臂PEG聚合物和结构设计的交联剂组成的基于SPAAC的水凝胶，可实现基于逻辑的降解和药物释放。b)如图所示，与门交联剂具有两个可降解单元(即MMP酶(E)和还原剂可裂解(R))，它们平行排列，需要R和E(R EE)降解网络 并释放阿霉素。

图5a–e)SuFEx化学交联的水凝胶是通过用SO2F2(气体)修饰BSA(PDB ID:3V03)并随后与胺(a，b)进行交联反应而制备的，这适用于具有良好附着力的细胞培养(c，d )和生存能力(e)。

图6a)由戊二醛交联的BSA制成的水凝胶用作组织粘合剂。b，c)在一项体外实验中，将BioGlue应用于猪肺实质(b)的病变部位可产生与下层组织的紧密附着。d)在一项临床试验研究中，与仅进行手术治疗的对照组相比，BioGlue可以有效消除开胸手术后肺泡漏气。

图7a)通过连接反应，将氧化的，含醛的HA和葡聚糖硫酸盐与HA-肽酰肼交联，制得可注射的基质金属蛋白酶(MMP)敏感水凝胶。

图8a)噻唑烷连接交联水凝胶是使用具有多个N端半胱氨酸部分和PEG二醛作为交联剂的树突肽制备的。

图9a)HA-PCL纳米纤维水凝胶是通过将硫醇化的HA与PEGDA和马来酰亚胺官能化的聚(ε-己内酯)(PCL)纳米纤维通过硫醇-Michael加成反应交联而成。

图10a，b)使用IEDDA化学物质和可水解降解的藻酸盐制造可水解降解的藻酸盐水凝胶，其通过高碘酸钠氧化和天然藻酸盐的氨硼烷还原来改性。

图11a)通过使用EDC/NHS化学方法交联人类胶原蛋白来制造生物合成的角膜替代品。

详细可参见文献:doi.org/10.1002/adma.202006362