【摘要】
开发具有天然细胞外基质样结构、在湿润状态下具有优异的高粘附性、自愈能力、抗菌活性和促进组织愈合的有利细胞反应的生物多功能贴片在临床应用中非常受欢迎。最近，青岛大学附属医院胡继霖副主任医师，与青岛大学周祺惠特聘教授科研团队通过偶联羧甲基壳聚糖（CMCS）和四臂聚（乙二醇）醛（4-arm-PEG-CHO）开发了生物多功能复合水凝胶，用于全层腹壁缺损修复。制备的水凝胶表现出优异的自愈合和机械性能，在湿态下具有高粘附力，以及显着的抗菌能力。
体外细胞实验表明，水凝胶结合重组牛碱性成纤维细胞生长因子显着促进细胞增殖，进而加速大鼠模型全层腹壁缺损修复。组织形态学评估表明，与临床使用的商用聚丙烯网相比，设计的水凝胶贴片通过上调 Ki67 的产生、促进胶原蛋白的形成、诱导新生血管形成和抑制炎症，促进腹壁组织的厚度和完整性的增加。通过降低 IL-6、TNF-α 和 IL-1β 的表达。结果表明，这种新型生物多功能水凝胶贴片在治疗全层腹壁缺损方面具有巨大潜力。相关论文以题为Bio-Multifunctional Hydrogel Patches for Repairing Full-Thickness Abdominal Wall Defect发表在《Advanced Functional Materials》上。
【主图导读】
图1 A) 4-arm-PEG-CHO 的 1H NMR 谱。B) CMCS、4-arm-PEG-CHO 和复合水凝胶的 FTIR 光谱。C) CMCS 溶液、用红色颜料染色的 4-arm -PEG-CHO 溶液和形成的水凝胶的照片。D) 凝胶 1-3 的凝胶点。
图2 A) 水凝胶放大 500 倍的 SEM 图像。B) PBS (pH 7.4) 中 37 °C 时水凝胶的溶胀率。C) 37°C 时水凝胶的频率相关（应变为 1%）振荡剪切流变学。D) 凝胶 2 在 37 °C 时的凝胶动力学。
图3 A) 凝胶 1-3 的平均爆破压力。B) 爆破粘附测试的示意图。C) 重叠剪切试验示意图。D) 凝胶 2 在猪皮肤上的粘附应力（重量 = 200 克）的照片。E) 凝胶 1-3 的平均抗剪切强度。
图4 A) 蝴蝶形水凝胶宏观自愈的照片。B) 凝胶 2 的 G' 和 G"，在固定角频率 omega (10 rad s−1) 下进行应变振幅扫描 (γ = 1–1000%)。C) 以 1% 和 200% 振荡应变为周期进行的流变恢复测试。
图5 A) 与水凝胶共培养后琼脂板上存活细菌菌落的照片。B、C) 水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性测试。D) 4-arm-PEG-CHO、CMCS 和 4-arm-PEG-CHO/CMCS 水凝胶与肝素化血液的止血性能。
图6 A) hGFs 与凝胶 1-3 共培养 24 小时的荧光图像。B、C) 与水凝胶共培养 24 小时后 hGF 的活/死染色荧光图像和定量分析。D) 水凝胶与成纤维细胞孵育 1、3 和 5 天后的细胞毒性。E) 不同时间划痕愈合试验中 hGF 迁移的代表性图像。
图7 A) 腹壁缺损模型示意图。B) 在第 0、14、30 和 120 天用添加 rb-bFGF 的凝胶 2 和 PP 贴剂处理的腹壁缺损的照片。
【总结】
通过席夫碱反应成功制备了生物多功能 4 臂 PEG-CHO/CMCS 水凝胶贴片。所开发的复合水凝胶具有可注射性、湿态下的高附着力、足够的爆破压力和自愈性能。此外，复合水凝胶的抗菌能力随着 CMCS 量的增加而增强。生物学实验表明，含有 rb-bFGF 的水凝胶极大地促进了细胞增殖，然后加速了大鼠模型中全层腹壁缺损的修复。重要的是，与临床使用的商业 PP 网相比，含有 rb-bFGF 的水凝胶贴片通过增强 Ki67 的形成及其迁移、胶原蛋白的产生、诱导新生血管形成来促进成纤维细胞的增殖，并通过抑制表达来抑制炎症反应。 IL-6、IL-1β 和 TNF-α。因此，这项工作表明生物多功能水凝胶贴片在全层腹壁缺损修复方面具有巨大潜力。
参考文献：
doi.org/10.1002/adfm.202105614
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