水凝胶微纳米纤维仿生支架在软组织原位再生中的前沿进展与应用潜力

本综述系统探讨了水凝胶微纳米纤维（HF）作为一种创新仿生支架，在软组织原位工程中的应用潜力。研究聚焦于HF的设计策略、制备方法及其在神经、皮肤、心血管和骨骼肌修复中的最新进展，强调了其通过模拟细胞外基质（ECM）的物理化学特性精准调控内源性细胞行为的能力，为克服传统生物材料在力学性能与生物功能间的平衡难题提供了新思路，对推动再生医学发展具有重要意义。

组织损伤修复是再生医学领域的核心挑战，尤其是大面积损伤或慢性疾病常导致机体自我修复机制失效，引发再生紊乱和功能障碍。传统生物材料如单一水凝胶或微纳米纤维虽各具优势，但均难以完全模拟天然细胞外基质（ECM）的复杂微环境——水凝胶缺乏纤维状结构，而纤维支架则欠缺高含水特性与动态响应能力。这种局限性严重制约了材料与宿主细胞的有效互动，阻碍了功能性组织再生。为此，研究人员致力于开发新型仿生支架，以整合水凝胶和纤维结构的优势，精准调控细胞行为，激发机体内在再生潜能。

近期发表于《Bioactive Materials》的综述文章系统总结了水凝胶微纳米纤维（Hydrogel micro-/nanofibers, HFs）在这一领域的最新进展。该研究由来自健康康复大学（University of Health and Rehabilitation Sciences）的Bingcheng Yi、Xiaoyu Wang等多位学者合作完成，深入探讨了HFs的仿生特性、制备策略及在软组织修复中的应用前景。

研究团队通过文献综述与案例分析，重点梳理了HFs的仿生设计原理、材料选择（包括天然与合成聚合物）及制备技术（如静电纺丝、自组装、微流控纺丝等），并评估了其在神经、皮肤、心血管和骨骼肌再生中的实验效果。关键技术方法涉及静电纺丝结合光聚合或离子交联、分子自组装构建多肽纤维、以及微流控技术制备载细胞纤维等。部分研究使用了临床来源的细胞样本（如人间充质干细胞、人诱导多能干细胞衍生细胞）及动物模型（如大鼠坐骨神经缺损模型、小鼠肌肉损伤模型）。

2. Biomimetic characteristics of HFs

HFs通过整合水凝胶的高含水率、环境响应性与微纳米纤维的拓扑结构、高比表面积，形成了类ECM的仿生微环境。其力学相容性（如软组织般的粘弹性）和快速营养渗透能力显著促进细胞迁移、增殖和分化，并通过纤维网络实现长距离细胞间通信，增强细胞-材料相互作用。

3. Design strategies and development of HFs

HFs的制备需兼顾材料亲水性（以形成交联网络）和可纺性（以实现分子缠结）。天然聚合物（如明胶、透明质酸）具生物活性但力学性能差，合成聚合物（如聚乙二醇PEG）可调力学但缺乏生物识别位点。制备策略主要包括先成纤后水凝胶化（如电纺后光交联）或成纤与交联同步（如微流控同步固化）。

4. Research progress of HFs for soft tissue repair and regeneration

4.1. Nerve regeneration

定向排列的HFs（如壳聚糖CS纤维接枝RGI/QK肽）通过接触引导和神经营养因子模拟，促进施万细胞排列、神经轴突延伸和血管浸润，在大鼠坐骨神经缺损模型中显著改善运动功能恢复。

4.2. Skin healing

HFs的高吸水性维持创面湿润环境，其低刚度特性允许细胞介导的纤维重组和配体聚集，增强成纤维细胞迁移和血管生成。功能化HFs（如载血小板裂解物PRP或抗菌肽）进一步加速慢性伤口愈合并减少感染。

4.3. Cardiovascular repair

HFs的粘弹性适应心脏搏动，并通过负载血管内皮生长因子（VEGF）或血小板裂解物（PL）促进微血管网络形成。定向纤维结构引导内皮细胞排列形成预血管化结构，增强心肌修复能力。

4.4. Skeletal muscle repair

各向异性HFs提供拓扑线索诱导成肌细胞定向排列和肌管形成。沟槽状纤维表面增强C2C12成肌细胞分化，而导电HFs结合电刺激进一步促进卫星细胞成熟。

研究结论强调，HFs作为一种仿生平台，通过模拟ECM的物理化学和生物学特性，有效协调宿主细胞响应，促进神经、皮肤、心血管和骨骼肌的原位再生。其核心优势在于整合了水凝胶的代谢支持能力与纤维的结构引导功能，实现了力学性能与生物活性的平衡。然而，当前HFs仍面临力学强度不足、三维结构构建复杂、动态微环境模拟不充分等挑战。未来需开发智能响应型HFs（如pH、酶触发），结合多尺度仿生设计（如血管化、神经化结构），并推进临床转化中的安全性与规模化生产评估。

该综述不仅为HFs的设计与应用提供了系统指导，也为下一代原位组织工程支架的开发指明了方向，有望显著提升复杂软组织再生疗效。