西北大学范代娣教授、马晓轩教授AM：重组胶原基水凝胶，光激活瞬态单侧粘附

胰腺瘘的临床困境

胰腺瘘（PF）是胰腺术后常见并发症，发病率在胰十二指肠切除术后达5-20%，远端胰腺切除术后高达60%。其病理表现为胰管破裂导致胰液渗漏，引发电解质紊乱、感染、出血等严重问题，死亡率超过40%。现有治疗手段存在显著局限：药物疗法（如奥曲肽）有效率仅40%且副作用明显；手术干预因胰腺组织脆弱易导致二次损伤；而商用蛋白基物理屏障（如TachoSil和Tisseel）降解过快（仅2小时）、缺乏自粘性，无法长期封闭瘘口，预防成功率不足34%。开发兼具长效屏障功能、组织适配性及生物活性的材料迫在眉睫。

酶抗性水凝胶的全周期管理

西北大学范代娣教授、马晓轩教授合作团队开发了一种光激活瞬态单侧粘附重组胶原基水凝胶（CGO@Pg-Cu(II)。该材料以糖基化甲基丙烯酸酯重组胶原（CF-1552）和氧化普鲁兰多糖（OP）为骨架，负载青霉素G-Cu(II)无限配位聚合物纳米药物（Pg-Cu(II) ICPs），通过动态亚胺键交联实现可注射自流平，并利用光激活C-C共价键实现瞬态单侧组织粘附。体外与动物实验表明，其可提供超过7天的长效物理屏障，同时具备抗菌、快速止血、抗炎、诱导可逆纤维化及促进胰腺修复的功能。术后7天抗瘘效率达100%，为临床预防术后胰腺瘘提供全新策略。

示意图1 a) CGO@Pg-Cu(II)纳米复合水凝胶合成示意图 b) 基于CGO@Pg-Cu(II)纳米复合水凝胶的术后胰腺损伤全周期管理策略

技术突破：从材料设计到功能验证

1. 智能药物递送与缓释性能

Pg-Cu(II) ICPs纳米颗粒（粒径≈7.11 nm）通过pH响应性配位键实现精准药物控释：在碱性胰瘘环境（pH 8.4）中稳定缓释，而在酸性溶酶体环境（pH 5.0）中快速解离释放青霉素G（Pg）。水凝胶的双网络结构（动态亚胺键+光固化C-C键）进一步延缓药物释放，48小时内累计释放率仅3.5%，确保药物在纤维化诱导关键期（第3天）高效释放。细胞实验证实，纳米化使Pg的细胞摄取率提升43.7倍，并成功靶向胰腺星状细胞（PSCs）。

图1.CGO@Pg-Cu(II)水凝胶表征（总固含量13.5%，CF-GMA:OP质量比=2:1，Pg-Cu(II) ICPs载药量0.35%） a) 水凝胶凝胶化过程 b) Pg-Cu(II) ICPs的TEM表征 c) Pg-Cu(II) ICPs粒径分布 d) CF与CF-GMA的¹H-NMR谱图 e) 水凝胶及其组分的FT-IR光谱 f) Pg-Cu(II) ICPs的XPS全谱 g) 游离Pg与Pg-Cu(II) ICPs在不同pH下的药物释放曲线 h) CGO@Pg与CGO@Pg-Cu(II)在胰蛋白酶溶液（0.5% w/v, pH=8.4）中的药物释放 i) 不同配比水凝胶的孔径分析 j) 不同配比水凝胶的SEM表征（比例尺：30 μm）

2. 瘘口自适应与长效屏障

水凝胶前体（Pre-CGO@Pg-Cu(II)）通过剪切稀化特性实现注射成型，10分钟内可填充不规则瘘口并自流平（图2d-e）。其自愈效率在3分钟内达72.6%（图2g），适应腹腔动态环境。在模拟胰液（0.5%胰蛋白酶，pH 8.4）中，水凝胶降解7天后仍保留52.3%质量（图2i），远优于商用Tisseel（2小时完全降解）。低溶胀率（<160%）减少了对柔软胰腺组织的挤压损伤（图2k）。

图2 CGO@Pg-Cu(II)水凝胶的胰瘘伤口适应性与缓释特性 a) 光照交联前后水凝胶的储能模量（G'）与损耗模量（G''） b) 应变振幅扫描下的流变特性 c) 交替应变扫描下的自愈合性能 d) 水凝胶可注射与重塑形能力 e) 水凝胶自流平特性 f) 宏观/微观自愈合过程（红色：罗丹明B染色；橙色：甲基橙染色） g) 自愈合效率随时间变化 h) PBS与胰酶溶液中水凝胶的形态变化（0.5% w/v胰蛋白酶, pH=8.4） i) PBS与胰酶溶液中的降解曲线 j) 胰酶孵育后水凝胶的SEM图像 k) 37°C PBS中的溶胀率（比例尺：100 μm；数据：均值±SD, n=3）

3. 光控单侧粘附机制

水凝胶通过光激活自由基反应与组织固有分子（如半胱氨酸、不饱和脂肪酸酯）共价交联，实现瞬态单侧粘附（粘附强度36.8 kPa，为Tisseel的23倍）（图3d-e）。细胞实验显示：光照前水凝胶促进细胞粘附，光照后表面转为抗粘附（图3a-c）。扫描电镜证实其与胰腺组织形成12-30 μm厚粘附层（图3g），而预先光照的对照组无此现象（图3h），有效避免腹腔粘连。

图3 CGO@Pg-Cu(II)水凝胶的单侧粘附特性 a) L929细胞在不同水凝胶表面的粘附显微图（比例尺：200 μm） b) 水凝胶与大鼠胰腺的粘附展示 c) L929细胞粘附定量分析 d) 不同配比水凝胶与Tisseel的粘附强度 e) 粘附强度定量分析 f) 水凝胶与大鼠各器官的粘附能力 g) 光照前自流平水凝胶的粘附界面（比例尺：100 μm） h) 光照后预制水凝胶的粘附界面 i) 光控单侧粘附机制示意图（数据：均值±SD, n=3）

4. 协同抗菌与快速止血

Pg-Cu(II) ICPs通过破坏细菌细胞膜与逃避外排泵作用，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌杀灭率超97%（图4a-c）。在胰腺和肝脏出血模型中，水凝胶60秒内形成混合血栓，失血量减少67-77%（图4e-g）。其止血机制源于胶原促血小板聚集、快速凝胶化捕获血细胞及强粘附封闭创面。

图4 抗菌与止血性能 a) 体外抗菌实验结果（大肠杆菌/金黄色葡萄球菌菌落图） b) 体外抗大肠杆菌活性 c) 体外抗金黄色葡萄球菌活性 d) 水凝胶促凝血效应 e) 急性胰腺炎止血表现 f) 急性肝损伤止血表现 g) 出血量定量分析（数据：均值±SD, n=6；比例尺：1 μm） （注：菌落对照图来自同批次实验）

5. 促进修复与可逆纤维化

水凝胶显著加速胰腺星状细胞（PSCs）迁移（速率达0.076 mm²/h）（图5g-j），并通过激活TGF-β、Wnt/β-catenin通路诱导可逆纤维化：第3天PSCs活化率92.6%，第5-7天恢复静息状态（图6a-b）。蛋白质组学分析揭示其上调227个差异蛋白，调控基因表达、信号传导及胶原沉积，促进胰管结构强化（图6c-f）。

图5 生物相容性与细胞修复能力 a) L929细胞活/死染色 b) 水凝胶溶血实验 c) L929细胞活性（不同时间点） d) 胰腺星状细胞（PSCs）活性 e) L929细胞划痕实验 f) L929细胞迁移定量 g) PSCs划痕实验 h) PSCs迁移定量 i) 不同处理后的伤口闭合面积（数据：均值±SD, n=3；比例尺：200 μm）

图6 促纤维化效应 a) 水凝胶对PSCs的激活作用（比例尺：200 μm） b) PSCs激活率定量 c) 差异表达基因火山图（vs 对照组） d) 差异基因表达热图 e) PSCs激活通路变化气泡图 f) 纤维化响应GSEA分析

动物实验：全周期管理胰腺瘘

在大鼠胰腺瘘模型中，CGO@Pg-Cu(II)水凝胶展现出全周期保护效能（图7a）。术后1小时，荧光胰酶染色显示其胰液渗漏面积最小（图7b,e），有效封堵瘘口；第3天时，Masson染色证实水凝胶组胰腺纤维化面积达对照组12倍（图7d,f），强化了胰管结构。超声监测显示，水凝胶组术后第1天腹腔积液面积仅2.87 mm²（为模型组的1/5），且第4-6天完全吸收（图8a-b）；同时，其周围组织皂化面积减少96%（图8c-d），腹腔粘连评分降低83%（图8e-f），显著优于商业材料。炎症因子分析进一步揭示其调控机制：血清与腹水中胰淀粉酶/脂肪酶水平分别降至模型组的4-25%（图9b-e），且TNF-α、IL-6等8种关键炎症因子在纤维化高峰期（第5天）全面下调（图9f-m, 10a）。RNA测序显示脾组织中306个差异基因显著富集于细胞增殖与组织修复通路（图10b-f）。最终，水凝胶组实现零死亡率，生存率较商业组提高25%，术后第7天胰瘘预防率达100%（图8g-i）。这一协同效应归因于长效屏障阻断胰酶泄漏、光控粘附避免二次损伤，以及可逆纤维化减少胰液分泌，彻底打破"炎症-瘘口"恶性循环（图9a）。

图7 胰瘘模型与治疗效果 a) 大鼠胰瘘模型构建流程 b) 胰蛋白酶荧光成像评估瘘口（比例尺：1 cm） c) 组织损伤与H&E染色结果（箭头标注病变区域） d) 胰腺Masson染色 e) 胰液渗漏面积定量 f) 胰腺纤维化面积定量 g) 胰腺炎评分（数据：均值±SD, n=24；比例尺：200 μm）

图8 胰瘘防治效果 a) 腹水超声成像 b) 腹水面积定量 c) 腹腔组织皂化现象 d) 皂化面积定量 e) 腹腔粘连现象 f) 粘连评分 g) 胰腺重量分析 h) 大鼠体重变化 i) 生存率分析

图9 抗胰瘘机制分析 a) 作用机制示意图 b-e) 腹水/血清淀粉酶与脂肪酶水平 f-m) 血清炎症因子动态变化（TNF-α, IL-6, IL-8, IL-33, sST2, CRP, HMGB1, MPO）

图10 高效修复机制验证 a) 炎症因子水平Z-Score分析 b) 差异表达基因火山图（vs 对照组） c) 差异基因热图 d) 关键通路变化气泡图 e) 组织修复GSEA分析 f) 单样本GSEA通路评分

临床展望：颠覆性治疗范式的诞生

CGO@Pg-Cu(II)水凝胶首次整合了酶抗性屏障（>7天）、光控单侧粘附（36.8 kPa）、可逆纤维化诱导及多效生物活性，攻克了现有材料降解过快、缺乏靶向粘附和术后感染风险高的难题。其7天100%的抗瘘效率为临床提供了变革性解决方案，标志着胰腺术后管理进入"全周期精准干预"时代。该研究为下一代抗瘘材料设计树立了新范式，有望大幅提升患者生存质量。

来源：高分子科学前沿

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