组织工程用水凝胶研发现状和发展趋势基于专利(4) -中国组织工程研究杂志社投稿

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组织工程用水凝胶研发现状和发展趋势基于专利(4)

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2.5.2 国别分析不同技术领域专利申请数量趋势见图2，水凝胶在组织工程领域的主要研发领域为水凝胶支架制备技术(G4)和生物高分子水凝胶技术(G3)。特别是水凝胶支架制备技术(G4)近些年增长迅速，而生物高分子水凝胶技术(G3)发展水平较为平稳，一直保持一定力度。主要技术来源国家专利技术分布数量对比结果见图3，可以发现，水凝胶支架制备技术的大力发展主要由于中国在该领域专利申请大量增多。但在其他领域中国相关技术发展不足，反观美国水凝胶技术的发展，其主要技术优势领域位于生物高分子水凝胶技术(G3)，在其他较小领域，如G1 和G2 美国也具有优势地位。所以，虽然中国在水凝胶的专利申请数量具有绝对优势，但在从技术的原创性上看，还有所欠缺，开发领域相对单一，主要还是材料制备工艺。

图3 ｜不同技术领域专利申请数量趋势Figure 3 ｜Trend of patent applications in different technical fields

图4 ｜水凝胶在组织工程中的技术发展路线图Figure 4 ｜Technical development roadmap of hydrogel in tissue engineering图注：箭头就是指出这个区域内的核心专利(方块内)，其中的黑点为专利。A-H 标号是文中所述的不同技术区域。在区域E，H，F 组成的中心区域是上述技术的汇集区域，引证网络最为密集，发展“分枝”最多

2.6 发展路径及趋势技术分布和研究重点可以为相关领域从横向刻画较为全面的技术图谱，而发展路径分析则可以从纵向探究技术的起源和现阶段使用发展水平。专利引证关系是在专利撰写和审查中参考的重要基础文献，反映了技术在改进过程中的一个传递过程，体现了原始技术基础和局部优化改进。而专利引证网络是由专利和其引证关系构成的联系网，是分析技术进化路线，探索发展趋势的重要工具。从水凝胶在组织工程的技术发展趋势看，其重要的引证关系集中在图4 区域E，H，F，从而组成了当前研发的重要区域，而处于其周边的专利则是这些中心区域技术的最初来源。具体来看，在技术的起源阶段(图4 外围部分)主要涉及水凝胶作为组织支架的基本功能方案。最早引用的专利为MIT(麻省理工学院，以下简称MIT)USA(位于图4 区域D)，提出使用聚合物水凝胶和细胞来重建乳房组织；ReproGenesis Inc公司的专利USA(位于图4E 区)，专利提出利用水凝胶注入技术为细胞提供生长模板。在A 区，这部分专利主要是MIT 和麻省总医院开发USB2 和USB1，其主要利用水凝胶制造用于药物递送限定形状组织支架。可以看出，上述专利基本奠定了水凝胶在组织工程用途的基础。此后随着技术的发展，蛋白质、多肽等物质由于其具有良好的生物相容性和机械性能，且本身及其降解产物对机体无毒性、无刺激，在组织工程用水凝胶体系中变得越来越重要。此阶段具有重要基础性作用的专利包括：塔夫茨大学的USB2，提出使用蛋白水溶液制备在组织工程用水凝胶的方法，以及在制备过程中涉及工艺的专利，如USB2(MIT，生物纤维的使用方法)、USB2(塔夫茨大学，蛋白质无机涂层技术)、USA(桑福德伯纳姆普利贝斯医学研究所，黏附肽的疏水点位)等(图4区域H)。区域B 主要涉及组织工程用支架制备方法，如哥伦比亚大学USB2、US2A1(软骨修复支架制备技术)等。另一个重要的技术来源是US2A1(G 区)，MIT和塔夫茨大学关于多孔丝素蛋白水凝胶用作组织工程，逐渐受到重视。在图4 区域E，H，F 组成的中心区域是上述技术的汇集区域，引证网络最为密集，发展“分枝”最多，其中中心位置的专利包括：USA1，US2A1等，都是利用丝素蛋白水凝胶开展相关组织工程研究。

目前水凝胶在技术发展水平方面具有以下特点：①丝素蛋白水凝胶是目前技术开发的重要基础；②其他来源技术本身发展(分支)较少。丝素蛋白具有良好的生物相容性和机械性能，既无毒无害，又能够生物降解，具有广阔前景。从论文领域也得到了侧面印证，丝素蛋白水凝胶已引起广泛关注，并产生大量研究成果[22-23]，在实践中也开发出多种丝蛋白支架[24-25]。由于生物高分子蛋白水凝胶还是目前研发的主要领域，而通过制备高强度多级有序结构水凝胶，争取优异的机械性能，以满足多种组织修复的需要是水凝胶在组织工程领域研究的重点。因此，丝素蛋白作为优良的有序结构，对于其他技术开发具有重要意义。目前，从该技术衍生发展出来的主要专利技术见表4。从技术针对性看，还主要围绕机械强度和生物相容性开展。在机械强度方面，如US2A1 提出利用冷冻凝胶，其具有更优的尺寸和分布，从而增强了丝素蛋白水凝胶在机械强度方面较为薄弱的方面，US2A1 则利用包含贫水蛋白的丝素蛋白和两亲性肽提高强度。在处理上普遍使用超声处理引发胶凝(US2A1，USB2)，提升抗菌性能。

文章来源：《中国组织工程研究》网址: http://www.zgzzgcyj.cn/qikandaodu/2021/0307/1086.html