近日，同济大学附属上海市肺科医院陈昶教授团队联合复旦大学俞麟教授团队，在国际学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上发表题为“A bio-adaptive physical hydrogel enables dynamic tissue engineering for tracheal reconstruction”的研究成果。该研究从组织工程的基本逻辑出发，系统提出并验证了动态组织工程（DTE）在气管再生中的关键作用，为长段气管缺损这一长期困扰胸外科与再生医学领域的难题，提供了全新的理论框架与技术路径。 

肿瘤切除或先天性疾病导致的长段气管缺损，往往需要同时满足力学支撑、血供重建与气道上皮功能恢复等多重要求。传统组织工程策略多侧重于结构设计或材料性能本身，难以适应气管在体内所处的动态微环境，成为限制气管替代物长期功能维持的重要因素。

针对这一关键瓶颈，研究团队提出了动态组织工程策略，强调材料在组织再生过程中并非静态支架，而应持续参与并调控细胞行为与再生微环境。研究中构建的生物自适应物理水凝胶（BP-Gel）由温敏性PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物组成，可在体温条件下发生溶液-凝胶转变，其物理交联形成的网络结构能够随细胞迁移、聚集与重排不断调整，从而为组织生长提供动态支撑。

动态组织工程气管再生策略示意图

在软骨构建过程中，研究团队观察到软骨细胞在BP-Gel中可自发迁移、聚集并发生融合，形成类似胚胎期软骨发生的发育过程。与传统化学交联水凝胶中细胞长期分散的状态不同，该动态体系逐步诱导形成具有皮质-髓质层次特征的工程化软骨，其组织学结构和力学性能更接近天然气管软骨，为气管长期稳定提供了关键基础。在此基础上，研究进一步整合了细胞因子缓释策略，在软骨环之间引入负载IL-4/IL-13的水凝胶体系，通过持续调控免疫微环境，诱导巨噬细胞向促修复表型转化，从而在不破坏软骨表型的前提下促进血管生成并加速气道上皮成熟。该策略实现了对气管再生过程中空间与时间维度的精细调控。

在动物模型中，基于动态组织工程构建的气管替代物在长期通气维持、软骨保留及血管和上皮重建方面均表现出更接近天然气管的功能特征，验证了该策略在复杂体内环境中的有效性。该研究从机制层面阐明了材料-细胞-微环境动态协同在气管再生中的关键作用，为复杂气道及其他复合组织的再生治疗提供了新的理论框架与潜在转化路径。

同济大学附属上海市肺科医院陈昶教授、复旦大学俞麟教授、同济大学附属上海市肺科医院孙维言医师为论文通讯作者。同济大学附属上海市肺科医院汤海医师、复旦大学王瀚宬博士研究生、同济大学附属上海市肺科医院孙维言医师、陈羿博士研究生为论文共同第一作者。该研究得到了科技部四大慢病重大专项、国家重点研发计划及国家自然科学基金等项目的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-67580-0