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  生物材料用于組織修復再生的研究距今已有100多年的歷史，其發展主要包含了上世紀初的惰性生物材料，上世紀中期的可降解生物材料及本世紀初的生物活性生物材料。惰性生物材料的顯著特征是具有穩定的結構性能，主要為損傷的組織提供力學支撐。可降解生物材料以可降解可吸收為特點，移植物無需二次手術移除。生物活性生物材料則主要引入生物活性物質（如細胞生長因子、細胞等）以模擬生物組織的結構和功能，促進材料與損傷組織的相互作用。不同于這幾類生物材料，浙江大學高長有團隊提出了全新的“自適應性生物材料”概念。自適應性生物材料是指在結構上非靜態/固定的，可以隨組織微環境需求動態變化的一類生物材料，其在功能上具有反饋調節能力，可以為組織提供抗凝、抗菌、促修復等作用。

  2025年11月8日，該工作以“Self-adaptive biomaterials for tissue repair: from design to application”為題目發表在Progress in Materials Science期刊上（Prog. Mater Sci 2026,157, 101593）。文章第一作者是浙江大學博士后鄭偉偉博士。該論文得到國自然聯合基金、國家重點研發計劃、中國博士后科學基金等項目的支持。

  自適應性生物材料主要聚焦于生物材料與病理微環境之間的動態、自適應相互作用（圖1）。在組織損傷后，組織微環境發生病理性變化（如過表達炎癥因子、活性氧自由基（ROS）、基質金屬蛋白酶（MMPs），pH降低，缺氧等），自適應性生物材料可以感受這些炎癥生物信號并與之發生適應性反應，降低組織微環境中不利的炎癥信號分子濃度，同時材料發生對應性降解或者釋放藥物，從而調控組織微環境向修復狀態發展，以刺激機體自身的修復再生能力。當組織微環境恢復穩態后，材料中的自適應基團對組織微環境不再敏感，以相對穩定的狀態存在。當組織再次損傷時，來自剩余材料中的自適應基團會重啟與組織炎癥信號分子的適應性生物反應。

圖1. 組織損傷后，組織炎癥微環境與自適應性生物材料間的自適應相互作用。

  自適應性生物材料的設計以組織損傷后炎癥病理微環境（圖2）為基礎和目的。目前主要的病理微環境特征（圖3）包含慢性炎癥反應、氧化應激、缺氧、pH降低、MMPs增多等，在糖尿病相關疾病中高糖也是十分重要的典型的病理微環境。

圖2. 組織損傷后炎癥反應。

圖3. 組織損傷后典型的炎癥微環境特征。

  目前用于炎癥微環境調控的自適應性生物材料主要分為兩類（圖4）。一類是含有適應性共價化學基團的生物材料（如pH/缺氧/ROS/糖/酶適應性生物材料），該類材料可以直接與組織微環境中不利的炎癥信號分子發生反應，消除其不利影響，同時材料發生相應的降解。另一類是通過動態非共價鍵相互作用（如主客體/親疏水/氫鍵/離子鍵）實現自適應相互作用，該類材料的降解及其中藥物的釋放速率與組織修復過程一致。目前自適應性生物材料已經廣泛用于多種疾病的治療（圖5）中，如組織損傷、糖尿病、自身免疫疾病、癌癥相關的組織損傷等。

圖4.自適應性生物材料的代表性結構及反應。

圖5.自適應性生物材料用于組織修復再生治療。

  浙江大學高長有團隊一直致力于自適應性生物材料的研發。近年設計了ROS適應性水凝膠/微凝膠/補片、缺氧適應性水凝膠/微凝膠、pH適應性水凝膠/微凝膠、MMPs適應性水凝膠/微凝膠、主客體相互作用水凝膠/微凝膠等一系列自適應性生物材料形式，并將其廣泛應用于骨軟骨損傷修復（Biomaterials 2021;269:120534；Biomed Mater 2021;16:064101；Compos Part B-Eng 2024;273:111258；J Tissue Eng 2024;15；Biomaterials 2025;313:122772；Compos Part B-Eng 2025; 291, 112003）、骨關節炎（Chem. Eng. J. 2021;409:128147；Today Nano 2022;17:100164；Appl Mater Today 2022;26:101366；Carbohydr. Polym. 2022;292:119667；Nano Res 2023;16:2786-2797；Nano Today 2024;57:102373；Small 2024;20:2308599）、皮膚損傷修復（Biomater Adv 2022;134:112577；Chem. Eng. J. 2022;436:135130；ACS Biomater. Sci. 2024;10:3946-3957；Biomater Adv 2024;157:213755；Bioact Mater 2024;34:269-281；Adv. Funct. Mater 2025;2413678）、糖尿病相關疾病（Acta Biomater. 2022;152:60-73；Biomaterials 2022;286:121597）、腸炎（Biomaterials 2025;314:122834）、急性肺損傷（Biomacromolecules 2019;20:1777-1788；Acta Biomater. 2022;148:258-270；Bioact. Mater. 2022;14:430-442；Biomater Adv 2023;154:213621；Nano Today 2024;56:102278；Biomacromolecules 2025; 26, 528-540；Acta Biomater. 2025, 192, 409-418）、心梗（Biomaterials 2020;232:119726；Small 2021;17:2006992；Small 2020;16:e2005038；Chem. Eng. J. 2022;433:133511；Adv. Healthcare Mater. 2022;11:2101855；Biomaterials 2022;282:121382；Acta Biomater. 2022;153:386-398；Biomaterials 2023;301:122247；Mater Horiz 2023;10:3438-3449；Biomaterials 2024;307:122534；Adv. Healthcare Mater. 2024;13:2302940；Compos Part B-Eng 2024;283:111668；Compos Part B-Eng 2022;238:109941；Chem. Eng. J. 2024;480:148138；Chem. Eng. J. 2024;497:154933；Biomaterials 2025;312:122732；Chem. Eng. J. 2025;507:160295；Bioact Mater 2025;47:502-512；）、腦梗（Nano Today 2024;54:102064；Chem. Eng. J. 2024;483:149225）、腦損傷（Acta Biomater. 2024;187:161-171）、脊髓損傷（Bioact Mater 2022;9:134-146；Bioact Mater 2023;19:550-568）、類風濕性關節炎（Chem. Eng. J. 2022;446:136868；Nano Today 2024;59:102507；Adv. Funct. Mater 2025; 2516705）、原發性硬化性膽管炎（J. Control. Release 2024;374:112-126）、角膜損傷（Acta Biomater. 2023;158:266-280）等疾病治療中，取得了十分顯著的治療效果。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2025.101593

通訊作者簡介：

鄭偉偉，博士，畢業于浙江大學，高長有教授團隊博士后。主要研究興趣在于多功能炎癥調控材料及其在組織修復中的應用，包括骨關節炎、強直性脊柱炎、心肌梗死和中風等。以第一作者身份在Biomaterials、Nano Today、Chemical Engineering Journal等刊物上發表了多篇論文。

高長有，教授，博士，國際生物材料學會、美國醫學與生物工程院、英國皇家化學會、中國生物材料學會會士。主要從事組織修復與再生材料、自適應性生物材料、抗菌生物材料、生物材料表界面改性、納米生物材料和醫療器械研發。作為負責人先后承擔科技部、基金委等項目多項。在Nature Communications、Angewandte Chemie、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Biomaterials等本學科國內外核心期刊發表論文600余篇，H因子88。編著有《自適應性生物材料》《醫用高分子材料》《Polymeric Biomaterials for Tissue Regeneration: From Surface/Interface Design to 3D Constructs》。授權國家發明專利近百項。獲浙江省科技獎一等2項、二等1項。現任《Biomaterials Advances》《Progress in Materials Science》副主編。

課題組主頁：tac.polymer.zju.edu.cn/biomaterials/