近期，南方醫(yī)科大學基礎(chǔ)醫(yī)學院郭金山教授在科愛出版創(chuàng)辦的期刊 Bioactive Materials 上發(fā)表研究論文：抗氧化、抗炎和抗菌的單寧交聯(lián)貽貝仿生醫(yī)用膠粘劑促進傷口無疤痕愈合。本文利用天然多酚單寧酸（TA）與檸檬酸基貽貝啟發(fā)的膠粘劑預(yù)聚物的氫鍵相互作用，能瞬時（<25s）成膠，避免了傳統(tǒng)的有毒強氧化劑（如高碘酸鈉和硝酸銀）的使用，開發(fā)了抗氧化、抗炎和抗菌的單寧交聯(lián)的貽貝仿生醫(yī)用膠粘劑（3A-TCMBAs），能夠通過持續(xù)抗炎和階段性調(diào)控血管生成（前期促進血管生成，后期抑制血管生成）實現(xiàn)傷口無瘢痕愈合，展現(xiàn)出良好的臨床應(yīng)用前景。
研究內(nèi)容簡介
隨著人民生活水平的提高和對自身健康和美麗問題的關(guān)注，人們越來越追求傷口的高質(zhì)量愈合，特別是無疤痕愈合（尤其是針對面部等部位的體表傷口），開發(fā)既能有效閉合傷口，又能促進其無疤痕愈合的多功能材料非常重要。相比于手術(shù)縫合，采用醫(yī)用膠粘劑/組織粘合劑閉合傷口產(chǎn)生的疤痕較輕，然而如何進一步減輕疤痕形成仍是巨大挑戰(zhàn)。傷口愈合過程中過度的炎癥反應(yīng)以及傷口愈合后期持續(xù)的血管新生被認為是造成膠原蛋白過度沉積而產(chǎn)生疤痕的重要原因。
本文利用天然植物多酚單寧酸（TA）與檸檬酸基貽貝啟發(fā)的膠粘劑預(yù)聚物（injectable citrate-based mussel-inspired bioadhesive, iCMBA）的氫鍵相互作用，能瞬時（<25s）成膠，避免了傳統(tǒng)的有毒強氧化劑（如高碘酸鈉和硝酸銀）的使用，開發(fā)了抗氧化、抗炎和抗菌的單寧交聯(lián)貽貝仿生醫(yī)用膠粘劑（3A-TCMBAs）（圖1）。
圖1：單寧交聯(lián)貽貝仿生醫(yī)用膠粘劑（3A-TCMBAs）的開發(fā)及其用于促進傷口無疤痕愈合。
3A-TCMBAs對各種基材如橡膠、玻璃、塑料和金屬顯示出強大的粘附力，表明該粘合劑可能具有廣泛的適用性。手套上的一小塊（0.1克）3A-TCMBA可以牢牢地粘住30克橡膠、30克玻璃、60克塑料和100克金屬的重量。3A-TCMBA還顯示出對濕態(tài)生物組織的強大粘附力，包括豬皮和各種內(nèi)臟器官如心、肝、脾、肺和腎。我們通過搭接剪切強度測試定量研究了3A-TCMBAs對不同基質(zhì)的粘附強度。在濕態(tài)條件下，3A-TCMBAs對豬皮的搭接剪切強度與TA含量成比例增加。在測試的配方中，3A-TC5%（由5%的TA交聯(lián)）顯示出最低的粘附強度（16.40±1.71 kPa），而3A-TC15%顯示出最高的粘附強度（41.54±3.40 kPa），都顯著高于市售纖維蛋白膠（醫(yī)用膠粘劑金標準）（4.58±1.57 kPa）。3A-TC15%對玻璃、橡膠、鐵和塑料也有很強的粘附力，最高粘附強度達到140kPa（對塑料）。3A-TCMBA還具有快速自愈合能力：完全切開的3A-TCMBA薄膜片在3分鐘內(nèi)即可融合在一起，只需接觸它們剛切開的界面，無需任何外部刺激。流變學測試結(jié)果也充分驗證了3A-TCMBA的自愈合能力，在承受大應(yīng)變（100%）1分鐘后，松馳1分鐘后，3A-TC15%的存儲模量（G?）甚至在4個循環(huán)后可大部分恢復(fù)（圖2）。
圖2：3A-TCMBAs的粘附和自修復(fù)性能。
此外，3A-TCMBAs還具有低溶脹率（<60%），優(yōu)異的機械強度（～1.0 MPa）和彈性（伸長率∼2700%），優(yōu)異的體外和體內(nèi)抗氧化能力，良好的細胞相容性，以及光熱抗菌活性（近紅外（NIR）照射后細菌死亡率>90%）。
以上體外實驗有力地表明了3A-TCMBAs在感染性傷口愈合中的應(yīng)用潛力。因此，我們在SD大鼠感染性全層皮膚缺損模型中進一步評估了其在皮膚傷口愈合應(yīng)用中的適用性。3A-TC15%+NIR（近紅外光照輔助）組的感染傷口部位的溫度在NIR照射后5分鐘內(nèi)迅速上升至50ºC左右，與體外結(jié)果一致。而在對照組中第3天可以發(fā)現(xiàn)傷口周圍有一些黃色的膿液，表明感染傷口模型的成功構(gòu)建。相對于對照組，3A-TC15%和3A-TC15%+NIR組的傷口閉合速度更快。在第21天時，3A-TC15%+NIR組的傷口幾乎完全閉合且在外觀上看無明顯疤痕，而對照組的傷口仍未愈合，留下了疤痕。這些結(jié)果表明，應(yīng)用3A-TCMBAs及NIR輻照輔助可以大大促進感染性傷口的愈合（圖3）。
圖3：3A-TCMBA（±NIR）促進感染性全層皮膚缺損修復(fù)的研究。
通過對處理后的皮膚的H & E和Masson三色染色研究，我們發(fā)現(xiàn)3A-TCMBA+NIR（以3A-TC15%+NIR為代表）處理感染性創(chuàng)面能在第3、7、14天顯著促進膠原沉積。且在第21天的傷口中，3A-TCMBA+NIR處理組（已愈合）具有最薄的上皮層和最高的皮膚毛囊密度，初步證實了3A-TCMBA+NIR處理感染性創(chuàng)面能夠減輕疤痕形成。
通過對促炎因子（TNF-α和IL-1β）的免疫組化染色研究表明3A-TCMBA和3A-TCMBA+NIR（特別是后者）處理在第7和14天都能顯著降低炎癥反應(yīng)，證明了該膠粘劑的持續(xù)抗炎效果（圖4）。
圖4：3A-TCMBAs（±NIR）處理感染性全層皮膚缺損時發(fā)揮持續(xù)抗炎作用（截取部分圖片）。
然后，我們通過對血管新生（CD31血小板內(nèi)皮細胞粘附分子-1）、PDGF（血小板衍生生長因子）、VEGF（血管內(nèi)皮生長因子））毛囊形成（CD34）和基質(zhì)金屬蛋白-9（MMP9）相關(guān)因子的免疫組化染色，以及天狼星紅染色（表征I/III膠原比）進行了進一步的研究。發(fā)現(xiàn)在感染的大鼠全層皮膚創(chuàng)面模型中，3A-TCMBA+NIR處理可在早期傷口閉合階段（第一周）促進血管生成，并在傷口愈合后（第14天）有效抑制血管生成（CD31、PDGF、VEGF均表現(xiàn)出此趨勢），同時在傷口愈合后期（傷口重整階段）通過促進MMP9的表達而促進細胞外基質(zhì)（ECM）的降解和重塑，改善I/III膠原比，從而促進創(chuàng)面的無瘢痕愈合（圖5）。
圖5：3A-TCMBAs（±NIR）處理感染性全層皮膚缺損時能階段性調(diào)控血管生成（前期促血管化，后期抑制血管生成），并在愈合后期（傷口重整階段）促進細胞外基質(zhì)（ECM）的降解和重排。
總之，我們通過簡便高效的方法，利用天然植物多酚單寧（TA）與與檸檬酸基貽貝啟發(fā)的膠粘劑（iCMBA）預(yù)聚物的氫鍵相互作用，簡便高效地得到了快速交聯(lián)的醫(yī)用膠粘劑，避免了傳統(tǒng)的有毒強氧化劑的使用，既賦予了膠粘劑以優(yōu)異的自修復(fù)性能又充分疊加了TA和iCMBA預(yù)聚物的抗氧化性，得到了抗氧化、抗炎和抗菌的單寧交聯(lián)貽貝仿生醫(yī)用膠粘劑（3A-TCMBAs）。3A-TCMBAs優(yōu)異的生物組織粘附性、自修復(fù)性和良好的彈性與機械性能使其能方便地施用在各種傷口或創(chuàng)面上，而不用額外使用縫合線等固定器械。3A-TCMBAs具有良好的生物相容性、抗氧化性和光熱殺菌（近紅外光（NIR）輔助下）性能。在感染的大鼠全層皮膚創(chuàng)面模型中，3A-TCMBA+NIR處理可促進傷口閉合，并通過持續(xù)抗炎、階段性調(diào)控血管生成（早期（炎癥階段）促進血管生成，后期（愈合后）抑制血管生成，使血管生成“功成身退”，避免膠原蛋白過度沉積，造成傷口隆起而形成疤痕）并在傷口重整階段促進ECM的降解和重塑，改善I/III膠原比，從而促進創(chuàng)面的無瘢痕愈合。本研究對具有防止疤痕生成功能的醫(yī)用膠粘劑的開發(fā)進行了了有益嘗試，所開發(fā)的醫(yī)用膠粘劑也具有良好的臨床應(yīng)用前景。
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