【摘要】
開發具有天然細胞外基質樣結構、在濕潤狀態下具有優異的高粘附性、自愈能力、抗菌活性和促進組織愈合的有利細胞反應的生物多功能貼片在臨床應用中非常受歡迎。最近，青島大學附屬醫院胡繼霖副主任醫師，與青島大學周祺惠特聘教授科研團隊通過偶聯羧甲基殼聚糖（CMCS）和四臂聚（乙二醇）醛（4-arm-PEG-CHO）開發了生物多功能復合水凝膠，用于全層腹壁缺損修復。制備的水凝膠表現出優異的自愈合和機械性能，在濕態下具有高粘附力，以及顯著的抗菌能力。
體外細胞實驗表明，水凝膠結合重組牛堿性成纖維細胞生長因子顯著促進細胞增殖，進而加速大鼠模型全層腹壁缺損修復。組織形態學評估表明，與臨床使用的商用聚丙烯網相比，設計的水凝膠貼片通過上調 Ki67 的產生、促進膠原蛋白的形成、誘導新生血管形成和抑制炎癥，促進腹壁組織的厚度和完整性的增加。通過降低 IL-6、TNF-α 和 IL-1β 的表達。結果表明，這種新型生物多功能水凝膠貼片在治療全層腹壁缺損方面具有巨大潛力。相關論文以題為Bio-Multifunctional Hydrogel Patches for Repairing Full-Thickness Abdominal Wall Defect發表在《Advanced Functional Materials》上。
【主圖導讀】
圖1
A) 4-arm-PEG-CHO 的 1H NMR 譜。B) CMCS、4-arm-PEG-CHO 和復合水凝膠的 FTIR 光譜。C) CMCS 溶液、用紅色顏料染色的 4
-
arm -PEG-CHO 溶液和形成的水凝膠的照片。D) 凝膠 1-3 的凝膠點。
圖2
A) 水凝膠放大 500 倍的 SEM 圖像。B) PBS (pH 7.4) 中 37 °C 時水凝膠的溶脹率。C) 37°C 時水凝膠的頻率相關（應變為 1%）振蕩剪切流變學。D) 凝膠 2 在 37 °C 時的凝膠動力學。
圖3
A) 凝膠 1-3 的平均爆破壓力。B) 爆破粘附測試的示意圖。C) 重疊剪切試驗示意圖。D) 凝膠 2 在豬皮膚上的粘附應力（重量 = 200 克）的照片。E) 凝膠 1-3 的平均抗剪切強度。
圖4
A) 蝴蝶形水凝膠宏觀自愈的照片。B) 凝膠 2 的 G' 和 G"，在固定角頻率 omega (10 rad s
?
1
) 下進行應變振幅掃描 (γ = 1–1000%)。C) 以 1% 和 200% 振蕩應變為周期進行的流變恢復測試。
圖5
A) 與水凝膠共培養后瓊脂板上存活細菌菌落的照片。B、C) 水凝膠對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌活性測試。D) 4-arm-PEG-CHO、CMCS 和 4-arm-PEG-CHO/CMCS 水凝膠與肝素化血液的止血性能。
圖6
A) hGFs 與凝膠 1-3 共培養 24 小時的熒光圖像。B、C) 與水凝膠共培養 24 小時后 hGF 的活/死染色熒光圖像和定量分析。D) 水凝膠與成纖維細胞孵育 1、3 和 5 天后的細胞毒性。E) 不同時間劃痕愈合試驗中 hGF 遷移的代表性圖像。
圖7
A) 腹壁缺損模型示意圖。B) 在第 0、14、30 和 120 天用添加 rb-bFGF 的凝膠 2 和 PP 貼劑處理的腹壁缺損的照片。
通過席夫堿反應成功制備了生物多功能
4 臂 PEG-CHO/CMCS 水凝膠貼片。所開發的復合水凝膠具有可注射性、濕態下的高附著力、足夠的爆破壓力和自愈性能。此外，復合水凝膠的抗菌能力隨著 CMCS 量的增加而增強。生物學實驗表明，含有 rb-bFGF 的水凝膠極大地促進了細胞增殖，然后加速了大鼠模型中全層腹壁缺損的修復。重要的是，與臨床使用的商業 PP 網相比，含有 rb-bFGF 的水凝膠貼片通過增強 Ki67 的形成及其遷移、膠原蛋白的產生、誘導新生血管形成來促進成纖維細胞的增殖，并通過抑制表達來抑制
炎癥反應。
IL-6、IL-1β 和 TNF-α。因此，這項工作表明生物多功能水凝膠貼片在全層腹壁缺損修復方面具有巨大潛力。
doi.org/10.1002/adfm.202105614
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