ACS Appl. Mater. Interfaces | 用於傷口癒合的可注射、可自愈醫用粘合劑

2021-01-20 呂華課題組

大家好，今天給大家分享一篇最近發表在ACS Appl. Mater. Interfaces上的文章，題為：An Injectable and Instant Self-Healing Medical Adhesive for Wound Sealing。本文的通訊作者是來自北京大學第三醫院的餘家闊教授和來自南方科技大學的吳德成教授。

隨著醫療技術的不斷發展，粘合劑在生物醫學領域起到了越來越重要的作用，比如在臨床實踐中，它可以用作傷口密封劑和止血劑來代替傳統的外科縫合線，這就要求粘合劑能與基底牢固地結合在一起。儘管許多傳統的聚合物基粘合劑已經能夠展現出優異的粘合力，但由於剛性網絡的形成不利於與軟組織的接觸，通常只能以膜狀或塊狀的形式外敷在較淺的傷口，往往不能滿足醫療需求。

相較之下，可注射的粘合劑就展現出了巨大的優勢，使用時可以通過醫用注射器輕鬆、定量地擠出，在進行微創手術時也能更好地幫助癒合深層狹窄的傷口。然而，可注射的粘合劑往往很難滿足在粘合力度、自愈性等方面的要求，因此，設計一種能快速自愈的可注射生物粘合劑仍是一項重大的挑戰。

在本文中，作者利用聚乙二醇(PEG)與單寧酸(TA)的物理締合，開發了一種用於傷口密封的多功能組織粘合劑。如圖1所示，PEG的端基接了戊二酸N-羥基琥珀醯亞胺(SG)，它會與蛋白質表面上的-NH2反應，像錨一樣將PEG鏈快速固定在組織表面上。而單寧酸(TA)是一種多酚化合物，在每個苯環中都包含三個相鄰的酚羥基，可以有效地與各種表面相互作用並產生強附著力(例如，海洋生物牢固地附著在水下表面上)。在這裡，PEG-SG的結構單元(-CH2-CH2-O-)與相鄰的TA的酚羥基(-OH)會形成氫鍵，從而產生牢固的附著力，形成有效的PEG-SG/ TA粘合劑。

圖1. PEG-SG/ TA粘合劑及其生物醫學應用示意圖。


這種粘合劑具有可注射的特性，擠出效果如圖2A所示，且即使浸泡在1×PBS中超過400min也沒有明顯的溶脹(圖2B)，這種穩定的抗膨脹性可以避免壓迫周圍的組織從而產生高壓的風險。作者又進一步測定了粘合劑的靜態負載以評估其承載能力，發現粘附12小時後，它仍能夠承受2 kg的負載(圖2C)，並且該負載可以在10 s內保持穩定。作者還發現，即使經過多次反覆的撕拉，該膠粘劑始終能夠像最初一樣粘在豬皮上，這表明該膠粘劑可能具有自愈能力，所以作者選擇了市面上銷售的纖維蛋白膠作為對照進行比較，顯然與纖維蛋白膠(~11.5 kPa)相比，PEG-SG/ TA粘合劑具有更好的附著力(~21.0 kPa)和自愈性(圖2D)。

圖2. A) 通過單通道注射器的可注射行為。B) 在1x PBS緩衝液中水分吸收隨時間的變化。C) 承載能力。D) 粘合劑與市售纖維蛋白膠的粘合強度對比。


考慮到這種粘合劑強大的粘合強度和即時的自愈性，作者進一步在大鼠模型中做了體內傷口閉合實驗。選取了兩組對照分別劃了1.5釐米長的對稱切口，一組使用粘合劑(圖3A上)，另一組則用手術線縫合(圖3A下)，然後在第0、7、14、21和28天的固定時間定期檢查所有傷口，發現使用粘合劑的組恢復後沒有明顯疤痕，而縫線組則有輕微的橫向疤痕。接著將以切口為中心的癒合皮膚拉伸以測量其拉伸強度並評價組織修復(圖3B)，發現儘管兩組經過癒合的皮膚在術後28天後均無法獲得與原始皮膚相同的拉伸強度，但在相同的癒合時間段，經粘合劑處理的皮膚比縫合線具有更高的強度(圖3C)。

圖3. 使用大鼠模型的體內傷口閉合。A) 使用粘合劑(頂部)和縫合線(向下)治療0至28天的傷口照片。B) 術後2天的受傷皮膚拉伸過程。C) 術後2-28天後，使用縫合線和粘合劑處理過的原始皮膚和已癒合皮膚的拉伸強度。


綜上所述，作者利用TA和PEG-SG的氫鍵結合設計和製造了一種可注射、可自愈的組織粘合劑，用於傷口的癒合。這種PEG-SG/ TA粘合劑可以反覆粘附在豬皮的剛性組織上，並承受2 kg的重負荷。在體內實驗中，這種粘合劑極大地促進了大鼠模型的傷口癒合和組織再生，為自救和外科手術提供了新的選擇。


作者: HYH 審校: LJH

DOI: 10.1021/acsami.0c01022

Link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c01022

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