近日，美国得克萨斯大学奥斯汀分校Nicholas A. Peppas院士等人综述了基于模型的模块化水凝胶设计的相关进展。

水凝胶——不溶于水的三维聚合物链网络——在各种生物医学和临床应用中被用作生物材料。它们的模块性和多功能性导致了越来越复杂的水凝胶的发展，这种水凝胶可以对环境做出动态反应，释放药物并再生细胞和组织。

在这篇综述中，作者提出了一个基于模型的模块化水凝胶设计框架，该框架是应用驱动的，并在设计过程的早期考虑临床转化。在这种方法中，水凝胶制剂的每个成分都朝着目标应用的多方面设计标准进行了优化，确定了如何将多种特性集成到单个制剂中。作者强调了聚合物物理的基本模型，这些模型为模块化水凝胶设计提供了基础，并研究了如何整合合成聚合物前体以实现这种模块化。最后，作者讨论了临床批准的水凝胶制剂，并研究了如何通过模块化设计方法解决临床转化中的挑战。

综述要点：

1）水凝胶可以作为生物材料应用于各种应用，得益于其多功能性、机械和结构性能以及模块性。

2）考虑到模块化变化如何影响多种结构-性能的相互作用，模型驱动的模块化设计方法可以加速水凝胶的临床转化。

3）模块化组件可以使用基本模型一致地结合到水凝胶中，以优化其多种性质。

4）需要完善理论模型来预测水凝胶的相关性质，并用表征良好和新设计的水凝胶的不同数据集进行验证。

参考文献：

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