近日，美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Nicholas A. Peppas院士等人綜述了基于模型的模塊化水凝膠設(shè)計的相關(guān)進展。
水凝膠——不溶于水的三維聚合物鏈網(wǎng)絡(luò)——在各種生物醫(yī)學(xué)和臨床應(yīng)用中被用作生物材料。它們的模塊性和多功能性導(dǎo)致了越來越復(fù)雜的水凝膠的發(fā)展，這種水凝膠可以對環(huán)境做出動態(tài)反應(yīng)，釋放藥物并再生細胞和組織。
在這篇綜述中，作者提出了一個基于模型的模塊化水凝膠設(shè)計框架，該框架是應(yīng)用驅(qū)動的，并在設(shè)計過程的早期考慮臨床轉(zhuǎn)化。在這種方法中，水凝膠制劑的每個成分都朝著目標應(yīng)用的多方面設(shè)計標準進行了優(yōu)化，確定了如何將多種特性集成到單個制劑中。作者強調(diào)了聚合物物理的基本模型，這些模型為模塊化水凝膠設(shè)計提供了基礎(chǔ)，并研究了如何整合合成聚合物前體以實現(xiàn)這種模塊化。最后，作者討論了臨床批準的水凝膠制劑，并研究了如何通過模塊化設(shè)計方法解決臨床轉(zhuǎn)化中的挑戰(zhàn)。
綜述要點：
1）水凝膠可以作為生物材料應(yīng)用于各種應(yīng)用，得益于其多功能性、機械和結(jié)構(gòu)性能以及模塊性。
2）考慮到模塊化變化如何影響多種結(jié)構(gòu)-性能的相互作用，模型驅(qū)動的模塊化設(shè)計方法可以加速水凝膠的臨床轉(zhuǎn)化。
3）模塊化組件可以使用基本模型一致地結(jié)合到水凝膠中，以優(yōu)化其多種性質(zhì)。
4）需要完善理論模型來預(yù)測水凝膠的相關(guān)性質(zhì)，并用表征良好和新設(shè)計的水凝膠的不同數(shù)據(jù)集進行驗證。
參考文獻：
Richbourg, N., Wechsler, M.E., Rodriguez-Cruz, J.J. et al. Model-based modular hydrogel design. Nat Rev Bioeng (2024).
https://doi.org/10.1038/s44222-024-00167-4
