浙工大冯杰/张静团队、浙江省人民医院周佳 AHM：用于组织修复和预防术后粘连的“Janus”两性离子水凝胶贴片

2024-12-10 来源：高分子科技

图1 SHAN水凝胶制备和体内抗粘连模型应用示意图

近期，浙江工业大学材料科学与工程学院冯杰教授、张静副教授团队联合浙江省人民医院周佳医生通过在水凝胶一侧渗透粘合聚合物刷层制备了可生物降解的“Janus”两性离子水凝胶贴片，并对该水凝胶贴片的不对称粘附性及体内防粘连行为进行了研究（图1）。由于交联剂甲基丙烯酰化透明质酸的可降解性，水凝胶防粘连贴片可以在体内降解为两性离子聚合物链而被代谢。通过非共价相互作用（氢键和静电相互作用）以及粘附面NHS基团与动物组织中所含氨基之间的共价键的协同作用，水凝胶贴片能在组织上形成强粘附；同时，贴片的另一面仍保留了两性离子水凝胶的防污性能，可防止器官、组织间的粘附，从而实现了水凝胶贴片的不对称粘附性（图2和图3）。基于可降解交联剂，该贴片能够实现令人满意的体内外降解（图4）。进一步，动物实验证明该贴片能够有效预防腹腔粘连（图5）。该水凝胶贴片有望用作防止腹腔粘连的有效物理屏障材料，拓宽了水凝胶材料在医用敷料领域的应用。该研究工作以A “Janus” zwitterionic hydrogel patch for tissue repair and prevention of post-operative adhesions为题发表在Advanced Healthcare Materials期刊上。浙江工业大学张静副教授是该论文的第一作者兼通讯作者，浙江省人民医院周佳医生为该论文的另一位通讯作者。另外，冯杰教授也是本论文的重要作者。该研究得到国家自然科学基金和浙江省自然科学基金的资助。

图2 （A）SHAN水凝胶粘附在手指关节和猪皮肤上的数码照片。（B）聚合物刷层在SH水凝胶上的渗透深度随时间的变化，以及将聚合物刷留在基底表面不同时间制备的SHAN水凝胶的界面韧性。（C）不同时间内SHAN水凝胶粘附的界面韧性。（D）SHAN水凝胶在小鼠组织上的粘附行为。（E）SH水凝胶在小鼠组织上的粘附行为。

图3（A）蛋白质在水凝胶和TCPS不同表面上的相对吸附量。（B）L929细胞与不同表面的水凝胶和TCPS共同培养1、4和7天的荧光显微镜图像，以观察表面细胞粘附情况。（C）SHAN水凝胶的溶血率（0.1% Triton X-100 为阳性对照，PBS 为阴性对照）。（D）L929细胞与不同表面的水凝胶共孵育1、4和7天后的浸出液的细胞存活率。

图4 （A）SHAN水凝胶在不同浓度的透明质酸酶溶液中降解的照片。（B）小鼠皮下包埋SHAN水凝胶7天和28天的照片。（C）SHAN水凝胶包埋7天和28天后周围组织H&E染色的代表性图像。

图5 （A）大鼠肠擦伤-腹壁缺损模型和不同的治疗方法（PBS、HA、SHAN水凝胶）。（B）不同治疗组 7、14和21天的抗粘连效果评估。（C）各组在预定时间点的粘附评分。

该工作是团队近期关于两性离子聚合物水凝胶的最新进展研究之一。两性离子聚合物单元分子链上同时带有阴、阳离子基团，可以通过溶剂化作用牢固结合水分子，具有优异的抗粘附性能和生物相容性，在生物医用和工程领域中具有宽阔的应用前景。为此团队在过去五年中，团队制备了具有高防污、优异生物相容性和高韧性的双网络水凝胶（ACS Appl. Mater. Interface. 2019, 11, 31594-31604；Carbohyd. Polym. 2019, 225, UNSP 115160；J. Mater. Sci. Technol. 2021, 85, 235-244；Carbohyd. Polym. 2021, 257, 117627）；制备了具有高度透明、自愈、可注射和自粘性的水凝胶，可用于3D打印可穿戴的应变传感器（Mat. Sci. Eng. C-Mater. 2020, 117, 111298）；制备了软性隐形眼镜用、防污抗菌、防止眼部细菌感染的两性离子水凝胶（Eur. Polym. J. 2022, 167, 111037）；以及具有“自防御”机制的防污两性离子水凝胶涂层（ACS Appl. Mater. Interface. 2022, 14, 56097-56109）；“Janus”智能抗菌水凝胶敷料（ACS Appl. Polym. Mater. 2023, 5, 2596-2606）；可注射两性离子冷冻凝胶用于肿瘤联合治疗（J. Mater. Chem. B. 2023,11, 2733-2744）；多功能两性离子微针敷料（Biomater. Sci. 2023,11, 2750-2758）。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202404082

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（责任编辑：xu）

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