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抗变形、防粘连、促愈合!中山大学生物材料交叉团队研发出新型腹壁组织修复材料!

2022-01-07 13:38:3139健康网
核心提示:有望成为临床无张力软组织修复的一种理想材料。

39健康从中山大学附属第六医院获悉,该院结直肠肛门外科王辉主任医师团队联合中山大学化学院吴丁财团队,受腹膜不对称结构的启发,成功开发了一类新型腹壁组织修复材料——“双面神”多孔水凝胶,成功整合抗变形、防粘连和促愈合的特性,有望成为临床无张力软组织修复的一种理想材料。

相关成果于近日发表在国际顶刊 Advanced Materials杂志(影响因子 30.849),中山六院梁伟文博士和中山大学化学院何汶懿博士为论文共同第一作者,黄榕康主治医师、郑冰娜副研究员、王辉主任医师和吴丁财教授为共同通讯作者。

腹部缺损无张力修补,补片是关键

据介绍,腹壁疝、腹壁肿瘤、腹壁创伤、腹壁感染、乳房重建等因素都可能导致腹壁缺损,在临床上,其发病率不断上升,世界范围内每年至少开展 40 万例重建手术,至少花费100亿美元以上的医疗费用。基于补片的无张力修补术是临床推荐的主要治疗方法。

一般而言,以聚丙烯、聚酯等聚合物为基材的传统补片具有力学强度高、抗变形等优点,被广泛应用于临床。然而,这些补片在植入体内后容易引起明显的组织粘连和严重异物反应,导致不良的伤口愈合。

还有另外一款经典的PCO补片则是通过在传统补片表面复合胶原蛋白防粘连涂层,能有效改善组织粘连。但是,这类防粘连涂层在体内会发生明显溶胀,引起补片形变,且局部明显的异物反应问题仍未解决,不利于软组织缺损的修复,手术并发症发生率高。

王辉表示,“理想的补片需要集成抗变形、防粘连和促愈合等特性。”然而,防粘连表面通常是抗组织粘附的,而促愈合表面则要求促进组织粘附。显然,这两种需求是完全对立的,长期以来被认为无法在单一补片上同时实现。目前的制备方法通常会使用有毒化学品或者复杂的工艺,而且制备的水凝胶补片常常在体内会发生高度溶胀和变形。这已经日益成为无张力补片领域迟迟无法取得突破的关键所在。

腹膜不对称结构带来的启示

团队成员梁伟文博士和黄榕康博士介绍到,他们受腹膜不对称结构的启发,通过自上而下溶剂交换-冻干-再水化联合策略,成功设计并制备了具有“两面神(Janus)”多孔结构的生物友好PVA水凝胶(JPVA)。

据介绍,该设计巧妙地利用非对称多孔结构同步解决了防粘连与促愈合这对材料需求完全相反的难题。论文中介绍到,在大鼠腹壁缺损修复模型中,致密的多孔光滑的底面最大限度地减少了成纤维细胞的粘附,不会引发任何内脏粘附(腹腔粘连评分为0分,明显优于临床使用的防粘连补片材料);与此同时,类似于细胞外基质的多孔粗糙的疏松面可以显着改善成纤维细胞的粘附和组织生长,对腹壁缺损的治疗优于市售补片。另一方面,由于其独特的抗溶胀性能(溶胀率<6.4%),他们所研发的坚韧JPVA水凝胶在体内湿性环境下,也显示出持久的抗变形特性,能很好地抵抗体内腹压的动态变化,实现有效修复。

王辉和吴丁财指出,在表面多孔结构调控上设计具有独特双面异性结构的水凝胶材料,是发展集多种功能需求于一身的先进补片的有效研究思路,可大幅度提升软组织缺损的修补性能。换言之,JPVA水凝胶贴片在有效修复内部软组织缺损方面显示出广阔的前景。

图1. (a)传统 PP 补片、(b)经典 PCO 补片和(c)超结构多孔水凝胶JPVA的结构及其腹壁缺损修复性能示意图。

(a)常规PP补片具有优良的抗变形性能,但通常会导致严重的内脏粘连和不良的缺损愈合;

(b)经典 PCO 补片可以防止内脏粘连,但会出现变形和不良的缺损愈合;

(c)JPVA水凝胶可通过自上而下溶剂交换、冻干和再水化联合策略制备。由于其双面神不对称多孔结构和高氢键交联密度, JPVA 水凝胶同时具有抗形变、防粘连和促愈合的腹膜缺损修复性能。

图2. 超结构多孔水凝胶JPVA的力学性能和抗溶胀性能。(a-c)缝合了超结构多孔水凝胶JPVA的猪肉照片,可以适应各种不同角度的“造型”,证明水凝胶的高柔性。

图3. 超结构多孔水凝胶JPVA防止内脏粘连形成的效果图。

(a)大鼠腹膜缺损修复模型中,不同处理方法(PP 网片、PCO 网片、RJPVA 水凝胶和 JPVA 水凝胶)在术后14天的内脏粘连情况,我们可以看到,PP补片触发内脏粘连形成严重,临床粘连评分可达9.8分;经典的抗粘连商用补片临床粘连评分为0.8;而JPVA水凝胶没有引起任何内脏粘连形成,导致临床粘连评分为0分。

以上结果表明,JPVA水凝胶底表面致密多孔,能有效抑制内脏粘附。此外,JPVA水凝胶在第28天保持了原始形状,没有明显降解,并保持了良好的抗粘着功能,而商用补片在第28天出现明显变形,说明了JPVA水凝胶在腹部潮湿环境下的长期抗变形特性和内脏抗粘连性能。

据了解,中山六院结直肠肛门外科三区团队近年来一直致力于腹壁疾病的诊治,早在2017年团队获得广州市产学研协同创新重大专项支持(200万经费),致力于软组织修复材料的研究,相关成果发表在AdvancedScience, Annal of Surgery, Bioactive Materials,Engineering等国际高水平杂志上,并获授权专利10余项。基于团队在基础研究与临床工作的积累,为精准规范标准腹膜癌治疗,进一步提高患者生存率,该病区已正式挂牌成立“腹膜癌病房”,未来将以多学科整治模式(MDT)融合各个领域专家们的智慧,有望早日解决腹壁疾病的诊治难题。

(通讯员:简文杨、戴希安 图:中山六院)

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