清华大学尹斓课题组 AHM：应用于过敏性鼻炎和鼻出血的高粘性可拉伸可降解水凝胶

2023-08-26 来源：高分子科技

过敏性鼻炎(Allergic Rhinitis)和鼻出血(Epistaxis )是十分常见的鼻科疾病及症状，在世界各国均有数量庞大的患病人群。目前，针对过敏性鼻炎通常采用鼻喷激素加口服药物的方法进行临床干预，这种方法的缺点是要在长时间内反复使用鼻喷药物，应用起来较为繁琐，而口服药物则有不同程度的全身毒副作用；对于鼻出血，目前临床上多采用鼻腔填塞、电凝等方法进行止血处理，这种方法的缺点是操作复杂，痛苦程度大，并容易导致鼻腔黏膜糜烂、感染、头痛以及咽喉部干痛等问题。数十年来，随着生物技术的进步，临床工作中一直在寻找高效负载抗过敏药物的载体或更为舒适、贴合微创理念的填塞材料，而生物粘附性水凝胶作为一种创新材料，在医学干预和人机界面工程领域受到广泛关注。

针对这一关键问题，清华大学材料学院尹斓副教授和首都医科大学附属北京友谊医院柳柯教授课题组紧密合作，提出了一种具有高粘附能、生物可降解、柔软可伸缩的聚乙二醇二丙烯酸酯-明胶水凝胶(P-G水凝胶)。PEGDA由UV光交联、明胶通过Sulfo-NHS交联形成网络，两个网络各自与组织间又有足够多的化学键合确保粘附性，双网络间的键合纠缠增强内聚力确保坚韧且持续的粘附，在力学性能上，两个网络分别贡献高可拉伸性以及柔性，该机制很好地适用于以鼻腔为代表湿润动态的腔体中。

实验证明，由于生物相容性的成分，P-G水凝胶显示出优良的生物相容性，可以避免潜在的免疫副作用。结合载药的聚(乳酸-羟基乙酸)-b-聚乙二醇(PLGA-b-PEG)纳米颗粒，在啮齿动物的鼻腔中实现可持续的药物给药，明显增强了过敏性鼻炎的治疗效果；应用 P-G水凝胶于啮齿类动物的鼻腔、腿部皮肤亦实现了快速止血和促进愈合的效果；在新西兰白兔的肝脏破裂急性出血模型中，大大减少了出血量和止血时间。另外，人类鼻腔上P-G水凝胶的初步试验也已经进行，并且证明了该P-G水凝胶理想的生物相容性，舒适性，粘附性和治愈鼻出血的潜力。这项工作为可持续药物释放和止血的可生物降解和粘附性水凝胶的开发开辟了新的途径，为优化医疗干预提供了关键材料策略。

图1：基于聚乙二醇-明胶(P-G)水凝胶的生物粘附材料。a.黏附性水凝胶治疗鼻炎或鼻出血的潜在应用示意图。将黏附的水凝胶转移到鼻腔中，为了持续的抗过敏治疗或止血，与鼻黏膜进行长时间的适形接触。b.由水凝胶基质内部的双重网络耗散机制和水凝胶/组织界面的键合锚定形成水凝胶强粘附的示意图。c.黏附P-G水凝胶与生物组织的界面结合机理。明胶在体温下的溶胶-凝胶转化可以进一步增强拓扑缠结，起到“针”的作用，并使其长期粘附。d.了P-G水凝胶之间的牢固粘附。e. P-G水凝胶在模拟鼻腔环境(37℃，90% RH)中14天的粘附能。f. P-G水凝胶具有代表性的拉应力-应变曲线。插图:P-G水凝胶试样拉伸前后的照片。g. P-G水凝胶具有代表性的压应力-应变曲线。插图:P-G水凝胶压缩至98%应变前和压缩后的照片

图2 P-G薄膜水凝胶层在人体鼻腔内的内窥镜图像。a.健康人体，水凝胶附着于鼻黏膜1小时，水凝胶附着后鼻黏膜保持光滑、红润，证明材料具有良好的生物相容性。b.鼻出血患者，水凝胶牢固地附着在鼻黏膜的受伤部位，能够迅速控制出血。水凝胶贴附后鼻黏膜恢复良好。

清华大学材料学院尹斓教授和首都医科大学附属北京友谊医院柳柯教授为本文的通讯作者；清华大学材料学院刘胜楠博士、首都医科大学附属北京友谊医院于倩茹博士、郭瑞医生为本文的共同第一作者；中国科学院过程工程研究所朱家华副研究员、清华大学材料学院赵凌云副教授、北京积水潭医院綦惠副研究员，和北京友谊医院夏交、吴倩以及贺璐医生均为本研究做出了贡献。该研究研究得到了国家自然科学基金、北京市自然科学基金、生化工程国家重点实验室等的支持。

原文链接：

A Biodegradable, Adhesive and Stretchable Hydrogel and Potential Applications for Allergic Rhinitis and Epistaxis

Shengnan Liu, Qianru Yu, Rui Guo, Kuntao Chen, Jiao Xia, Zhenhu Guo, Lu He, Qian Wu, Lan Liu, Yunxuan Li, Bozhen Zhang, Lin Lu, Xing Sheng, Jiahua Zhu, Lingyun Zhao, Hui Qi, Ke Liu, Lan Yin

Advanced Healthcare Materials

https://doi.org/10.1002/adhm.202302059

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（责任编辑：xu）

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