Advanced Functional Materials:耐酸水凝胶粘合剂用于胃穿孔无线缝合及修复

胃穿孔是溃疡病患者最严重的并发症之一。当胃发生穿孔时,胃内容物、 胆汁及胃酸易漏入腹腔造成腹腔污染,引起腹膜炎、腹腔脓肿等,严重时甚至发生中毒性休克。通用治疗手段是采用缝合线以实现穿孔的封闭和修复,但缝合操作耗时长、针穿刺导致组织损伤和出血、缝合点周围组织应力集中导致多种术后并发症等。近年来,水凝胶类生物粘合剂在缝合手术中有着巨大的应用空间,极大幅度的避免术中和术后并发症、降低术后恢复时间和患者的不适。然而,在直接接触胃酸的情况下,大部分水凝胶材料都会迅速溶胀,导致内部结构破坏,很难保证胃穿孔的有效闭合。

近日,南方科技大学刘吉团队报道了一种耐酸的水凝胶粘合剂,在极端的胃酸条件下具有稳定的机械性能和组织粘合特性,同时其良好的生物相容性和可调的生物可降解性,为胃穿孔的无创闭合和快速修复提供了技术支持。该团队通过设计制备了具有三明治结构的水凝胶粘合剂,其水凝胶基底为甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)的共聚网络,其内部纳米尺度的微相结构赋予了这类水凝胶材料胃酸环境下的抗溶胀特性和机械稳定性;而粘合层则是由一层聚合物刷(聚丙烯酸-N-羟基琥珀酰亚胺酯(PAA-NHS)),保证粘合层能与生物组织快速发生酰胺化反应,形成稳健的水凝胶-生物组织界面。

图1:耐酸水凝胶粘合剂抗溶胀性能设计原理及应用于胃穿孔的闭合与修复。

体外实验表明在模拟胃液(SGF,pH = 2.0)条件下,这类水凝胶粘合剂在观察时间内(10天)保持着优异的机械强度和韧性,与离体胃部组织也能保持良好的粘合界面,粘合强度和稳定性远优于商业化粘合剂纤维蛋白胶(Fibrin glueTM)和氰基丙烯酸酯(VetbondTM)等。

图2:耐酸水凝胶粘合剂在SGF浸泡条件下的机械性能(a)和组织粘合性能(b,箭头所指)稳定性。

通过在大鼠上建立胃穿孔模型,该团队证实了这类水凝胶粘合剂能够实现胃穿孔的无损伤闭合,术后14天,该粘合剂完整保留于创面,穿孔完全闭合且并未发现任何胃内容物泄露导致的并发症。免疫组化研究表明,较于传统缝合手术组,这类耐酸粘合剂能显著缩短穿孔修复过程中的炎症反应期,促进新生血管生成并有效抑制疤痕组织的形成,进而加快胃穿孔修复。有望在消化道疾病手术(胃穿孔、胃癌切除等)中代替缝合线用于胃组织缝合和修复。

图3:水凝胶生物粘合剂用于体内胃穿孔无线缝合与修复。

南方科技大学博士生陈兴梅为该论文第一作者,刘吉副教授为通讯作者。该研究得到深圳市政府和南方科技大学科研启动基金,麻省理工学院和南方科技大学机械工程研究与教育中心,深圳市科技创新委员会和广东省基础研究和应用基础研究等基金项目的资助。

论文信息:

Hydrogel Bioadhesives with Extreme Acid-Tolerance for Gastric Perforation Repairing

Xingmei Chen, Jun Zhang, Guangda Chen, Yu Xue, Jiajun Zhang, Xiangyu Liang, Iek Man Lei, Jingsen Lin, Ben Bin Xu, Ji Liu*

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202202285

原文链接:

https://doi.org/10.1002/adfm.202202285