【科研摘要】
幾乎所有類型的腹部和骨盆手術，術後腹膜粘連都是常見的併發症。這導致許多醫療問題並給患者帶來巨大的經濟負擔。當前的抗粘連策略主要集中於物理屏障，包括薄膜和水凝膠。但是，它們只能將粘合力降低或降低到一定水平，並且其施用過程遠非理想。最近，韋恩州立大學曹智強教授團隊在《Advanced Functional Materials》上報告了Biodegradable Zwitterionic Cream Gel for Effective Prevention of Postoperative Adhesion可生物降解的兩性離子乳霜凝膠的開發，該凝膠具有一系列理想抗粘連材料的特性，包括獨特的可注射但可延展和自支撐的特性，可立即進行局部應用，無需固化，等待或縫合，沒有止血要求，蛋白質/細胞抗性和生物降解性。乳霜凝膠通過完全可靠地防止在大鼠模型中出現主要的和更嚴重的復發性粘附，顯示出抗粘附功效的重大進步。
【科學背景】
腹膜粘連幾乎是任何類型的腹部和骨盆手術的必然結果，並且在多達90％的患者中被發現。它導致許多醫療問題，包括嚴重和慢性疼痛，女性不育症，腸梗阻等。臨床上，黏膜溶解術是第二種釋放粘連的手術，通常發生在與術後粘連相關的併發症的患者中。但是，考慮到存在原發性或復發性粘連，該手術似乎比原發手術更為複雜。即使在粘連溶解之後，由於由已建立的粘連的手術溶解引起的新的創傷，粘連再形成的機會仍然很高。由於術後粘連及其相關疾病的發病率高，給患者帶來巨大的相關經濟負擔，臨床上迫切需要一種安全有效的抗粘連屏障，以有效防止粘連後的術後粘連和復發性粘連。
當前的抗粘連策略主要包括物理障礙。薄膜產品（例如Interceed和Seprafilm）已在美國FDA批准；但是，它們的應用過程不方便，也就是說，需要進行細緻的止血和有效的縫合才能將其定位在受傷的組織表面上，從而容易與包括外科手術醫生的手套在內的任何潮溼表面發生不希望的粘附，並且難以在不規則表面上形成保形屏障。
相對可注射的水凝膠，大多處於開發階段，可以直接使用：注射的預凝膠溶液通常呈流體狀，可以完全覆蓋受傷的表面。隨後進行原位聚合，麥可加成硫醇-烯反應或席夫鹼氨基-醛反應，形成化學交聯的水凝膠。儘管如此，在混合和擠出通過注射器之前，必須在適當位置使用雙閥塗抹器來分離反應性成分。所應用的預凝膠溶液還需要一到幾分鐘才能完全治癒，這給手術時間和感染風險帶來了負擔。某些化學水凝膠需要紫外線源進行固化，這對輻照安全性構成了進一步的關注。相比之下，諸如熱敏性的物理水凝膠在人體溫度下從液體形式轉變為凝膠形式，則無需體內進行化學反應或紫外線照射。但是仍然需要等待幾分鐘的時間，以使物理凝膠固化。由於上述問題與施塗過程有關，目前的物理屏障仍然不能很好地發揮作用，只能在一定程度上減輕或減少附著力。
【圖文解析】
作者報告了針對抗粘連應用的首款乳霜凝膠製劑的開發（圖1a），在完全可靠地防止術後粘連方面（圖1b，c）的功效有了重大飛躍，這在兩個方面得到了證明。不同但越來越具有挑戰性的大鼠模型（腹壁缺損-盲腸磨損粘連模型和反覆損傷粘連模型）。與目前依靠縫合或固化將抗黏膜或水凝膠固定在受創表面上的水凝膠不同，霜狀凝膠配方可通過方便的局部應用（無需等待）立即固定在任何不規則表面上，由於其具有可注射但具有延展性和自我支撐的特性（圖1a，d）
圖1 可生物降解的兩性離子PCBAA乳膠具有理想的抗粘連材料的特性。a）概述方案，顯示了用CBAA單體和可生物降解的BAC交聯劑製備兩性離子PCBAA乳霜凝膠。b）可注射的，可延展的和自支撐的乳膏凝膠可通過針頭應用，並通過方便的局部應用固定在任何不規則表面上。c）使用兩性離子乳膏凝膠預防術後粘連的示意圖。d）未經治療的兩個受創組織之間粘附形成的示意圖。
通過流變試驗研究了乳霜凝膠的粘彈性。在整個角頻率範圍內，線性粘彈性狀態（在1％應變下）隨頻率變化的振蕩掃描表明，儲能模量（G'）優於損耗模量（G「）。（0.1–100 rad s-1；圖2a）。這表明具有不同交聯劑含量（0.1或1％BAC）的面霜凝膠在整個頻率範圍內保持類似固體的行為。在依賴於應變的振蕩流變學測量中，乳霜凝膠在低應變範圍（0.1–10％）時保持固體樣行為，G'高於G」，但在高應變區域（G'變為G'）則表現出更高的粘性 低於G」（圖2b）。
圖2.乳霜凝膠的流變性，生物降解性，細胞毒性和蛋白質/細胞抵抗力。a，b）具有不同交聯劑含量（0.1或0.1的乳霜凝膠製劑）的頻率依賴性（a，在1％應變下，25°C）和應變依賴性（b，10 rad s-1頻率，25°C）振蕩掃描 1％BAC）。c）具有不同交聯劑含量（0.1或1％BAC）的面霜凝膠製劑的體外生物降解。d，e）將NIH / 3T3成纖維細胞與奶油凝膠提取物和降解產物（奶油凝膠在具有20 mm GSH的DMEM中於37°C降解48小時）一起孵育（交聯劑含量不同）（0.1或1％BAC） 持續24小時。f）使用BCA蛋白定量測定法將纖連蛋白吸附在圓盤凝膠或乳膏凝膠的表面上。g，h）附著在磁碟凝膠表面上的NIH/3T3成纖維細胞的定量和代表性螢光圖像。
在37°C下，在10 mL含20 m GSH（模擬血流和體液中的濃度）的PBS中檢查霜狀凝膠的生物降解能力。發現所有乳霜凝膠都隨著時間的推移逐漸降解，這反映在重量減輕上（圖2c）。通過體外細胞生存力測試和活/死成像，進一步檢查了奶油凝膠提取物和降解產物（在含20 mm GSH的Dulbecco改良Eagle Eagle（DMEM）中降解的凝膠在37°C下48 h）的細胞毒性。無論BAC含量如何，提取物和降解產物都對3T3細胞沒有明顯的細胞毒性（圖2d），這也可以通過活/死染色證實（圖2e）。
作者首先評估了乳膏凝膠在大鼠側壁缺損盲腸磨損模型中的抗粘連功效。盲腸和腹壁上的缺陷分別是通過擦傷和切除造成的，然後在兩個受創傷的表面上都塗上2 mL乳霜凝膠（圖3a）。手術後第7天和第14天，打開腹膜並檢查粘連水平（如有）。未經任何抗粘連治療的模型組在第7天和第14天表現出嚴重的腹部粘連（圖3a，b）。與未經處理的組相比，使用商業Interceed膜（2×2 cm）進行的處理似乎降低了粘附力得分（減輕了粘附力），但仍表現出明顯的粘附力。相比之下，乳霜凝膠治療顯示出幾乎完全的保護作用：在第7天，第6天中有6個沒有觀察到粘連（得分0）；在第14天，在6個觀察不到的粘連中有5個在6個輕微粘連中有1個（評分1）。在這些組中，手術後7天或14天的體重變化沒有顯著差異（圖3c）。從受傷部位收集組織用於第7天和第14天的組織學分析。蘇木精和曙紅的結果以及Masson三色染色支持觀察性評分：未處理和膜處理組的結締/黏附區域很容易識別（膠原沉積在黏附部位染成藍色，而在Masson三色染色中肌肉呈紅色），但是由於根本沒有黏附形成，因此幾乎不能位於乳膏凝膠處理組中（分別對受傷的腹壁和盲腸進行組織學檢查；圖3d）。
圖3在大鼠側壁缺損-盲腸磨蝕粘附模型中評估抗粘附功效。在大鼠側壁缺損-盲腸磨蝕粘附模型中評估抗粘附功效。a）建立大鼠側壁缺損-盲腸磨蝕粘連模型，並在受創部位上使用商業Interceed或乳膏凝膠（第0天）。在手術後的第7天和第14天，未治療的對照組和Interceed組均觀察到粘連，而使用霜凝膠治療的大鼠未觀察到粘連。b，c）術後第7天和第14天，不同組的粘附力得分（b）和體重減輕（c）的分布。d）分別在手術後第7天和第14天從不同組組織的代表性組織學圖像（H＆E和Masson三色染色）。
作者進一步評估了乳霜凝膠在更嚴格的大鼠重複損傷粘附模型中的抗粘附功效。該模型模擬在進行黏膜溶解後形成復發性粘連的情況，這對於解決主要粘連是必不可少的，但會造成更嚴重的創傷和粘連。儘管復發粘連的頻率很高（> 55％），但針對其預防的商業障礙仍然有限。正在開發的抗粘連材料在主要粘連模型中顯示出功效，但在更嚴格的復發性或反覆損傷的粘連模型中則無效。為了建立反覆傷害的粘連模型，首先進行腹壁和盲腸損傷，而不進行任何抗粘連處理。7天後，形成了初次粘連，進行了粘著溶解，並造成了第二次損傷。隨後進行霜凝膠處理，薄膜處理或不進行任何處理（圖4a，b）。與主要的粘連模型相比（圖3），這種復發模型在不進行任何治療的情況下表現出更為嚴重的粘連（手術後第7天和第14天所有動物的評分為3；圖4c，d）。商業薄膜處理只能稍微緩解反覆粘連。但是，乳霜凝膠治療可顯著達到幾乎完全的預防效果：在第7天，6例中有5例未觀察到粘連（評分0），6例輕微粘連中有1例（評分1）；在第14天，有6個中有6個沒有可觀察到的粘連。手術後7天或14天的體重變化在各組之間也沒有顯著差異（圖4e）。第7天和第14天的組織學結果與評分結果一致，支持了乳霜凝膠可靠的抗粘連功效（圖4f）。
圖4 在大鼠重複損傷粘附模型中評估抗粘附功效。a）程序時間表的示意圖。b）建立大鼠重複損傷模型並將抗粘連材料應用於再損傷部位的程序。未經任何抗粘連治療（第7天），便造成了第一腹壁和盲腸損傷。一周後，發展的主要粘連通過粘著溶解分離，並造成第二次損傷（第0天）。隨後立即進行霜凝膠處理或薄膜處理。c，d）在第二次手術後第7天和第14天，不同組的粘連評分的分布和代表性粘連照片（d）。e）在第二次手術後的第7天和第14天，不同組的體重減輕（以初始體重的百分比計）。f）第二次手術後第7天和第14天，來自不同組的組織的代表性組織學圖像。
參考文獻：
doi.org/10.1002/adfm.202009431
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