可注射水凝胶安全、无免疫原性，具有给药方式简单、组织侵袭小、与细胞外基质(ECM)高度相似等优点，是理想的创面敷料材料。研制有效的内伤敷料对术后组织再生具有重要意义，但常规敷料对生物环境的适应性较差。
近日，加拿大阿尔伯塔大学化学和材料工程系的曾宏波教授和拉文·纳兰教授以及广州医院肿瘤中心的刘继芳共同研究制备了一种基于胃环境自适应超分子组装的可注射自愈合水凝胶，并探讨了其在胃穿孔愈合中的应用。通过利用胃环境调节的超分子相互作用，自组装的水凝胶网络具有敏感的热响应性、可注射性、可打印性和快速自愈合能力。该水凝胶敷料能有效抑制微生物的附着，并表现出优异的抗菌性。体内大鼠模型进一步证明，与常规治疗相比，该水凝胶敷料简化了手术流程，减少了术后并发症，促进了胃穿孔的愈合过程。这项工作为生物环境适应性功能材料的开发提供了有益的见解，可用于各种生物医学应用。
图1所示。(A)通过非生物正交固化工艺形成的常规抗酸可注射水凝胶敷料。(B)胃环境适应性超分子水凝胶作为内敷料。(C)ABA三嵌段共聚物的化学结构和超分子水凝胶网络结构。
图2。(A)DLS测量显示了ANGNA水动力半径随温度升高的变化。(B)10w/v%水凝胶的热敏储存(G’)和损失(G”)模量。(C)10w/v%水凝胶在多次加热?冷却循环中的模量变化。(D)将4°C保存的10w/v%聚合物溶液注射到37°C的PBS缓冲溶液(pH=3)中，并在37°C的平台上轻松书写字母“Uofa”(水凝胶用罗丹明B染色)。
图3。在37°C的pH3缓冲溶液中制备的10w/v%ANGNA水凝胶的自愈合过程照片:(a)原始水凝胶，(B)切割水凝胶，(C)使分离的水凝胶接触，(D)举起愈合后的水凝胶而不在关节处断裂。(E)在pH3PBS缓冲溶液中制备的10w/v%ANGNA水凝胶上，分别测量应变幅(左)和时间扫描(右)，结果显示损伤立即恢复。(F)循环应变步进试验显示了可重复的自修复能力。(G)在pH7.4PBS缓冲溶液中制备的10w/v%ANGNA水凝胶上进行应变幅测量(左)，然后进行时间扫描测量(应变=1%)。
图4。(A)力距离曲线表示ANGNA在pH3或7.4PBS缓冲溶液中的相互作用力。(B)力-距离曲线表示ANGNA在pH3PBS缓冲溶液中的可逆相互作用力。(C)pH3或(D)pH7.4PBS缓冲溶液中ANGNA相互作用机理示意图。
图5。ANGNA水凝胶的粘附性能。附着的水凝胶在拉伸、扭曲、弯曲或浸入水中后保持完整。(B)ANGNA水凝胶粘附的各种生物组织的代表性lap-shear粘附曲线。(C)ANGNA水凝胶对猪皮肤和胃组织的粘附强度。(D)粘附机理示意图。
图6。荧光显微镜图像(A)ANGNA水凝胶涂层和(B)未涂层玻璃表面孵育3小时后大肠杆菌附着。共聚焦显微镜(C)2D和(D)3DFaDu细胞培养，使用10w/v%ANGNA水凝胶。
图7。(A)超分子水凝胶敷料用于胃穿孔修复的示意图。(B)在穿孔部位注射超分子水凝胶敷料。(C)将大网膜植入胃部。术后2周粘连分为(D)水凝胶敷料组和(E)大网膜贴片组(对照组)。(F)胃缝线位置(左:对照组，右:水凝胶敷料组)。
图8。(A)水凝胶敷料组和对照组第2、4、8周末(B)CD3、(C)CD和(D)CD34的HE染色和免疫组织化学染色。比例尺表示20μm。
综上所述，这种胃环境适应性超分子水凝胶作为内创面敷料时，根据生理温度，通过ABA三嵌段共聚物的超分子自组装，水凝胶敷料可以通过简单的靶点注射方便地输送。形成的超分子水凝胶能够适应胃环境，通过疏水作用和氢键作用的协同作用，获得快速修复反复损伤的能力。超分子水凝胶敷料还能有效防止微生物在表面堆积。所制备的超分子水凝胶敷料比传统的胃穿孔治疗方法更具优势，包括简化手术程序、减少术后粘连以及抑制炎症反应。
该团队提出的生物环境适应性超分子水凝胶敷料用于内部组织修复的替代设计策略，除了胃穿孔治疗的应用外，所开发的材料还可以用作纳米/微电子(例如微型照相机、纳米机器人等)的3D可打印多功能载体和治疗学(如药物、细胞、siRNA等)基材，建立胃保持装置，用于疾病诊断/治疗和健康监测，与人体内的胃肠道(GI)相互作用。该超分子水凝胶的设计为各种生物医学应用的生物环境适应性功能材料的开发提供了有益的见解。
参考文献：