The past decade has seen a decided move from static and passive biomaterials to biodegradable, dynamic, and stimuli responsive materials in the laboratory and the clinic. Recent advances towards the rational design of synthetic cell-responsive hydrogels—biomaterials that respond locally to cells or tissues without the input of an artificial stimulus—have provided new strategies and insights on the use of artificial environments for tissue engineering and regenerative medicine. These materials can often approximate responsive functions of a cell's complex natural extracellular environment, and must respond to the small and specific stimuli provided within the vicinity of a cell or tissue. In the current literature, there are three main cell-based stimuli that can be harnessed to create responsive hydrogels: (1) enzymes (2) mechanical force and (3) metabolites/small molecules. Degradable bonds, dynamic covalent bonds, and non-covalent or supramolecular interactions are used to provide responsive architectures that enable features ranging from cell selective infiltration to control of stem-cell differentiation. The growing ability to spatio-temporally control the behavior of cells and tissue with rationally designed responsive materials has the ability to allow control and autonomy to future generations of materials for tissue regeneration, in addition to providing understanding and mimicry of the dynamic and complex cellular niche.

中文翻译：

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听细胞的水凝胶：组织再生生物材料设计中细胞响应策略的综述

在过去的十年中，实验室和诊所已经从静态和被动生物材料向可生物降解，动态和刺激响应性材料转变。合成细胞响应水凝胶的合理设计的最新进展-无需人工刺激即可对细胞或组织产生局部反应的生物材料-已经为将人工环境用于组织工程和再生医学提供了新的策略和见识。这些材料通常可以近似于细胞复杂的自然细胞外环境的反应功能，并且必须对细胞或组织附近提供的细小和特定的刺激作出反应。在当前文献中，可以利用三种主要的基于细胞的刺激物来产生响应性水凝胶：（1）酶（2）机械力和（3）代谢物/小分子。可降解键，动态共价键以及非共价或超分子相互作用用于提供响应性体系结构，该体系结构的功能范围从细胞选择性浸润到控制干细胞分化。通过合理设计响应材料来时空控制细胞和组织行为的能力不断增强，除了提供对动态复杂的细胞生态位的了解和模仿之外，还具有控制和自主控制下一代材料以进行组织再生的能力。 。非共价或超分子相互作用可用于提供响应性结构，从而实现从细胞选择性浸润到干细胞分化控制的各种功能。通过合理设计响应材料来时空控制细胞和组织行为的能力不断增强，除了提供对动态复杂的细胞生态位的了解和模仿之外，还具有控制和自主控制下一代材料以进行组织再生的能力。 。非共价或超分子相互作用可用于提供响应性结构，从而实现从细胞选择性浸润到干细胞分化控制的各种功能。通过合理设计响应材料来时空控制细胞和组织行为的能力不断增强，除了提供对动态复杂的细胞生态位的了解和模仿之外，还具有控制和自主控制下一代材料以进行组织再生的能力。 。