综述：用于肌腱修复与功能恢复的先进生物活性材料与策略

　　本综述系统阐述了肌腱修复领域的最新进展，重点聚焦于生物活性组分（如TSPCs、MSCs、免疫细胞、外泌体及纳米药物）的筛选及其通过组织工程支架（如静电纺丝、3D打印、纤维编织构建的PCL、PLGA、PLLA及脱细胞基质支架）和先进水凝胶系统（增强型、生物粘附型、多功能型）的递送策略。文章深入探讨了这些策略在调控关键靶点（如TGF-β、miR-29a、YAP/TAZ）及相关通路（PI3K/AKT、TGF-β/Smad、NF-κB）中的作用机制，为促进肌腱再生和功能恢复提供了从分子机制到组织整合的全方位见解，并指出了该领域向智能化生物材料和个性化治疗发展的未来方向。

　　

肌腱损伤是肌肉骨骼系统最常见的临床挑战之一，有效的修复对于恢复患者运动功能和改善生活质量至关重要。近年来，生物活性材料介导的肌腱再生策略显示出巨大的治疗潜力和临床价值。本综述系统回顾了该领域的最新进展。

生物活性组分选择

创新的生物材料越来越多地整合基于细胞的疗法和纳米药物系统以增强再生。细胞策略靶向原位激活肌腱干细胞/祖细胞（TSPCs）、间充质干细胞（MSCs）和免疫细胞，通过分化、细胞外基质重塑等机制共同驱动结构恢复、微环境调节和炎症消退。同时，纳米药物递送系统通过实现生物活性载荷的时空控制释放来放大疗效：聚合物或脂质载体促进抗炎或抗纤维化药物的局部递送，而工程化的纳米颗粒和天然细胞外囊泡则运输核酸 therapeutics（如调控性microRNAs、沉默RNAs和信使RNAs）以实现精确的遗传干预。混合生物材料设计通过将支架结构与细胞来源的囊泡和纳米颗粒负载的信号介质相结合，进一步同步这些方法，从而协调细胞招募、免疫平衡和基质重组。

细胞治疗策略

当前基于细胞的肌腱再生治疗范式可分为三种主要类型：TSPCs、MSCs和免疫细胞。TSPCs表现出谱系特异的干性，通过腱细胞特异性分化和核心肌腱基质成分（如胶原I/III和腱调蛋白）的生物合成驱动结构再生。MSCs则利用多向分化潜力和旁分泌因子（如血管内皮生长因子（VEGF）和转化生长因子-β（TGF-β））的分泌来协调再生微环境，通过刺激血管生成和减轻纤维化级联反应发挥作用——其功效关键取决于宿主免疫调节。终末分化的免疫亚群（如Tregs和M2巨噬细胞）则通过表型极化和抗炎介质（如白细胞介素-10（IL-10））的释放来解决炎症过程，从而为祖细胞植入建立有利的时间窗口。在治疗上，TSPC的存活需要MSC来源的营养支持。MSCs招募免疫效应细胞以协调碎片清除，而免疫细胞通过校准其代谢稳态以实现MSC/TSPC的协同整合。这三种细胞类型通过三种截然不同但相互依赖的机制协同促进肌腱修复：TSPCs执行结构重建，MSCs主要调节微环境，而免疫细胞实施局部免疫调节，共同满足不同愈合阶段的治疗需求。

纳米药物

纳米药物在肌腱修复中的应用因其独特的理化性质和精确的递送能力，在解决炎症调节、细胞再生和机械强度恢复等关键问题上展现出显著优势。术语“纳米药物”在此背景下涵盖两种不同的载体系统：工程化的治疗性纳米颗粒和生物来源的细胞外囊泡（特别是外泌体）。合成制备的纳米颗粒表现出可定制的药代动力学特征，并能封装诊断/治疗载荷用于靶向肌腱修复；而外泌体作为内源性纳米实体，利用其细胞分泌的生物成分（如天然磷脂双分子层和内源性信号分子）展现出固有的生物相容性优势。

外泌体是由大多数细胞类型分泌的纳米级囊泡（30–150 nm），已成为有前途的治疗载体。这些囊泡运输多种生物货物，包括蛋白质、脂质、DNA、mRNA和非编码RNA，能够改变受体细胞的特征。它们在细胞间通讯中的关键作用已在多种组织中展示了治疗潜力。研究表明，TSC来源的外泌体可通过miR-144-3p介导的ARID1A通路调节增强腱细胞功能，从而加速修复。此外，来自健康供体细胞的外泌体可改善受体细胞的功能，例如人脐静脉内皮细胞（HUVEC）来源的外泌体与可注射水凝胶系统结合，可增强跟腱机械强度、调节炎症反应并支持肌腱再生和功能恢复。

纳米颗粒在治疗肌腱损伤方面提供了显著优势，主要归因于其精确的药物递送能力、长效缓释特性以及促进组织再生的多种功能。纳米颗粒可通过表面修饰实现主动靶向，将抗炎药物或生长因子精确递送至血管密度低的肌腱损伤部位，克服传统全身给药效率低下的问题，显著提高局部药物浓度。纳米载体可实现药物的可控缓释，避免频繁注射造成的组织损伤。同时，纳米颗粒可作为基因载体递送siRNA或携带miRNAs，在分子水平上促进胶原合成并调节肌腱再生微环境。最后，纳米颗粒的生物相容性材料可降低免疫排斥风险，其小尺寸特性有助于穿透致密的肌腱基质并提高渗透效率。

基于组织工程支架的生物活性材料递送系统

组织工程支架在肌腱修复中展现出应用潜力。临床前研究表明，具有精心设计结构和材料的支架可以以复杂的方式协调腱细胞和微环境，从而实现肌腱再生。各种生物物理线索被纳入以模拟天然肌腱的结构。例如，引入排列整齐的布局、多孔结构和沟槽设计来调节细胞与支架之间的相互作用。这些特征促进细胞粘附、生长和腱特异性谱系分化。此外，结构化行为在体内有效调节巨噬细胞向M2表型极化，从而减轻肌腱损伤诱导的炎症激活。此外，由细胞外基质（ECM）生产的支架具有可调节的降解速率和优异的机械性能，使其能够在早期修复阶段提供机械支持，从而实现成功的肌腱再生。

水凝胶作为支架系统的重要组成部分，因其优异的仿生特性和多功能性而受到广泛关注。研究人员已成功使用各种水凝胶生物材料，包括胶原蛋白、明胶、丝素、透明质酸、藻酸盐和壳聚糖，在体外和体内模型中促进肌腱和韧带再生。水凝胶的多孔和高含水结构类似于天然ECM，可为细胞粘附、迁移和增殖提供合适的环境。通过调节交联密度或材料组成，可以灵活调整机械性能的降解速率以匹配肌腱的修复要求。水凝胶还可以负载药物、生长因子或细胞，实现精确的缓释或细胞保护。三维打印技术进一步扩展了这些应用，可用于定制具有复杂解剖结构的支架。此外，一些水凝胶（如基于透明质酸的水凝胶）具有抗炎和免疫调节功能，可减少疤痕形成。

常见支架

支架在先进的生物递送系统中作为关键的结构和功能平台，能够精确控制治疗剂的时空释放，同时复制天然组织的微观结构。三维多孔网络为细胞粘附、增殖和分化提供机械支持，同时作为生物活性货物（如生长因子、siRNA和外泌体）的储库。支架的可调孔隙率和互连性有利于营养物质和废物的扩散以及新生血管形成，而其表面化学和降解动力学可经过设计以与组织再生时间线同步。此外，支架保护不稳定的治疗剂免于过早降解，并通过局部递送减轻脱靶效应，从而显著提高其治疗功效。目前，最关键的制造技术是静电纺丝、三维打印和纤维编织。静电纺丝生产模仿天然ECM的纳米纤维支架，从而增强细胞粘附和营养扩散。三维打印，特别是基于挤出的打印或立体光刻，能够精确控制支架结构，是复杂组织构造的理想选择。编织通过控制纤维排列和孔隙率，创建模仿韧带/肌腱的各向异性支架。这种方法在循环应力下提供可调节的力学性能和互连的大孔以促进细胞浸润，同时保持结构完整性，从而引导定向组织再生。

水凝胶修复系统

水凝胶因其卓越的仿生特性而成为药物递送系统中不可或缺的组成部分，这些特性包括与天然ECM相似的高含水量、通过调节交联密度可调的机械性能以及持续释放生物活性载荷的能力。水凝胶的多孔结构实现了有效的营养扩散，同时为细胞增殖和迁移提供结构支持。具有刺激响应行为（例如，pH、温度或酶触发降解）的智能水凝胶进一步允许对治疗剂递送进行时空控制，这对于协调组织再生阶段尤为关键。功能 motif（例如RGD肽和导电聚合物）的整合增强了细胞-材料相互作用和电信号转导，使水凝胶成为解决负重组织和动态生理环境中复杂再生挑战的多功能平台。

增强型水凝胶以结构增强策略为定义（例如，Janus结构、大孔网络和纳米复合材料整合），克服了传统水凝胶的机械缺陷。相比之下，生物粘附型水凝胶优先考虑界面分子工程（儿茶酚、希夫碱或动态交联）以实现强大的组织粘附。多功能水凝胶整合了≥3种并发治疗模式（例如，机械支持 + 生物活性递送 + 环境响应性）。

尽管多功能水凝胶取得了进步，但水凝胶系统在肌腱修复应用中表现出关键的局限性。主要限制在于其机械性能不足：大多数水凝胶的抗拉强度仅为0.1–10 MPa，远低于天然肌腱的抗拉强度（80–100 MPa），使其在生理负荷下容易发生机械故障。此外，水凝胶在循环应力下表现出较差的抗疲劳性，其应力松弛时间（<100 s）与肌腱（～1500 s）相比很短，导致应力屏蔽效应和负载传递受损。水凝胶无法复制肌腱-骨插入部位（止点）的梯度矿化结构进一步阻碍了稳定的生物整合，导致界面脱离。尽管抗粘附水凝胶可能减少疤痕形成，但它们同时干扰了肌腱再生所需的必要细胞招募。微水凝胶在实现肌腱组织内均匀分布和维持剪切力下的结构完整性方面面临挑战。这些在生物力学性能和生物整合方面的内在限制目前制约了基于水凝胶的策略实现临床可行的肌腱修复。

总结与未来展望

本综述考察了肌腱再生的最新进展，重点关注生物活性成分的选择和基于组织工程支架的递送系统。基于细胞的疗法可有效影响免疫细胞，促进血管形成和减少疤痕组织。纳米递送平台如外泌体，是促进细胞通讯的天然载体，同样运输治疗性分子。创新技术，包括酶增强支架和响应性水凝胶，通过整合药物、纳米颗粒和信号蛋白提高了功能性。尽管这些进展显示出巨大的潜力，但它们在实验室环境之外的转化面临着显著的挑战。当前的支架设计在复制天然肌腱复杂性方面仍然不足，需要更好地模拟结构组织和力学行为。将三维打印技术与天然组织基质相结合，为优化细胞环境提供了途径，而水凝胶系统则在结构支持和生物愈合之间架起了桥梁。然而，临床实施遇到持久的障碍，如监管审批流程、生产批次间的一致性问题以及与现有治疗相比的成本效益。

除了技术限制，基于纳米颗粒的方法也提出了需要彻底解决的关键安全性问题。身体对外来材料的反应引发了关于免疫反应的担忧，其中某些合成成分尽管经过表面修饰，仍可能引发意外反应。清除途径仍然未被充分了解，特别是在血液供应有限的肌腱组织中，这一挑战因大规模生产过程中的制造差异而加剧。长期安全性 profile 是另一个显著空白，因为残留颗粒或其分解产物可能在愈合环境中引起慢性炎症、组织增厚或细胞变化。这些问题需要进行全面的免疫反应测试、详细的体内颗粒分布追踪以及超越短期研究的延长安全性评估。复合这些问题，制造可扩展性面临着影响治疗可靠性的再现性挑战，而资源密集的安全性评估加剧了与传统治疗方法相比的成本问题。

克服这些相互关联的障碍需要研究、监管和医疗保健提供方面的协调努力。未来的研究应优先考虑结合治疗方法，整合细胞治疗、生长因子和先进生物材料，同时建立稳健的安全性评估框架。监管进展需要统一的指南，以建立临床级生产标准和肌腱特异性材料测试协议。制造业改进必须通过系统监测基本特性来强调一致的质量。为了证明医疗保健价值并证明医疗保险的合理性，新疗法必须证明相对于当前标准具有有意义的临床优势。计算机建模可以产生有价值的工具，用于连接实验室发现和临床结果， potentially 减少开发费用。成功的患者转化最终取决于三个关键领域的并行进步：(1) 考虑恢复期间物理应力的肌腱特异性安全性评估；(2) 确保统一产品质量的可靠大规模生产；(3) 与医疗保健系统保持一致的经济上可持续的实施模型。 together，这些进步将实现个性化的再生解决方案，从而显著改善患者的康复结果和生活质量。