山东大学叶磊/翟光喜&济南大学张亚彬Acta Biomaterialia：盐敏感纯两性离子物理水凝胶用于预防术后组织粘连

【导读】

腹膜粘连（PA）是术后常见但严重的临床问题，可引起复杂的综合征，包括慢性腹痛，肠梗阻，女性不育。据报道，手术后复发粘连的风险可能高达90%，这会给患者带来严重的后果和痛苦，甚至需要第二次手术。其中，传统疗法中使用复杂化学合成方法的水凝胶，通常使用点击化学或热响应水凝胶。复杂的合成工艺和苛刻的条件限制了它们的应用。因此，临床迫切需要一种易于制备，操作简单，安全有效的抗粘连屏障，防止术后粘连和复发性粘连的发生。

【成果简介】

针对此问题，山东大学药学院叶磊副研究员团队等通过简单的方法制备了一种盐溶液敏感型的物理水凝胶，该水凝胶制备方法简单，通过生理盐水和特定浓度的聚合物粉末共混即可得到水凝胶，更重要的是，随着离子浓度的增加，物理水凝胶可以完全解离，使其成为预防粘连的绝佳候选者。在腹壁-盲肠模型中，两性离子PSBMA水凝胶显示出优异的抗粘附性能。此外，分子机理研究表明，该水凝胶可以抑制炎症反应，抗纤维化并恢复受损表面的光滑度，从而产生优异的粘附预防效果。总之，基于纯两性离子材料的PSBMA是一种合成方法简单，并且易于操作的实用性型水凝胶，其具有巨大临床转化潜力，是预防术后组织粘连的一种理想的隔离材料。

相关成果以Salt Sensitive Purely Zwitterionic Physical Hydrogel for Prevention of Postoperative Tissue Adhesion为标题发表在中科院一区《Acta Biomaterialia》（IF：10.6）学术期刊上。通讯作者依次是济南大学张亚彬副教授，山东大学翟光喜教授和叶磊副研究员。

【核心创新点】

1. 本文报道基于纯两性离子材料的PSBMA物理水凝胶的制备方法及其用于抗肠黏连的应用。这种PSBMA聚合物可以根据离子浓度的不同定制成动态物理网络，具有出色的防污能力。随着离子的浸润，物理水凝胶将完全解离，使其成为预防粘连的绝佳候选者。
2. 制备的水凝胶可注射，易于使用。它可以瞬间粘附并固定在不规则表面上，这种具有巨大临床转化潜力的离子敏感、防污超分子水凝胶是预防术后组织粘连的一种有前途的隔离材料。

【数据概览】

原理图1 (a)静电相互作用交联网络PSBMA水凝胶示意图。(b)盲肠侧壁模型的建立及有无PSBMA水凝胶处理的不同效果。(c) PSBMA水凝胶预防术后腹腔粘连的作用及分子机制示意图。

图1 (a) PSBMA水凝胶内部结构。(b)PSBMA水凝胶的光学照片。PSBMA水凝胶的流变学表征：(c)频率扫描曲线(0.1-100 Hz，应变为1%)以及(d)时间扫描曲线(1hz，应变1%，0-300s)。(e) 0.01 ~ 1000 s⁻¹范围内的剪切速率-扫描曲线。(f) PSBMA水凝胶的体外降解。(g) PSBMA水凝胶的溶胀特性。(h) PSBMA水凝胶对BSA的吸附性能测试。

图2 用水凝胶提取物对(a) 4T1细胞和(b) L929细胞培养12、24和48小时后的细胞活力。(c) L929细胞用不同质量分数水凝胶提取物培养24小时后的Calcein-AM/PI染色图像（比例尺为70 μm）。(d)水凝胶中细胞的生长（比例尺为200 μm）。(e)L929细胞在PSBMA水凝胶上的粘附情况随时间变化的光学图像（比例尺为100 μm）。

图3 (a)程序时间表示意图。(b)不同方法处理大鼠第7、14天粘附评分(n=6)。(c)术后第7天和第14天，模型腹膜粘连、HA水凝胶和PSBMA水凝胶的照片。(d)术后7天和14天，生理盐水、HA水凝胶和PSBMA水凝胶处理标本的组织学评价。CE：盲肠黏膜；AW：腹壁。比例尺为200 μm。** p < 0.01。

图4 (a)程序时间表示意图。(b)粘连溶解后第7天，模型腹膜粘连、HA和PSBMA水凝胶的照片。(c, d)粘连松解后7 天，用生理盐水、HA水凝胶和PSBMA水凝胶处理标本的组织学评价（比例尺为200 μm）。(e)粘连松解后7天，各组治疗后粘连评分（n=6）。(f)权重变化曲线。CE：盲肠黏膜；AW：腹壁。** p < 0.01。

图5 PSBMA水凝胶对术后第7天、14天及粘连松解后第7天血清中细胞因子TGF-β1、IL-6、IL-1β表达的影响：(a-c) TGF -β1，(d-f)IL-6以及(g-i) IL-1β。ns:无显著差异；* p < 0.05；* * p < 0.01；* * * p < 0.001；* * * * p < 0.0001。

图6 (a)术后第7天DAPI(蓝色)、Smad7-Fluor 594（红色）和Smad3-Alexa Fluor488（绿色）免疫荧光染色图像（比例尺为200 μm）。(b) Smad3和(c) Smad7的平均荧光强度（MFI）。(d)术后第7天和粘连松解后第7天恢复的腹壁和盲肠表面的光学图像（比例尺为100 μm）。CE：盲肠黏膜；AW：腹壁。所有数据以均数±标准差表示（n=3）；* * p < 0.01；* * * * p < 0.0001。

【成果总结】

在这项工作中，研究者制备了一系列具有抗蛋白质吸附和降解性能的盐敏自组装物理水凝胶PSBMA。聚合物粉末在一定的浓度下可以在生理盐水中自组装形成可注射物理水凝胶。体外结果表明，该水凝胶具有优异的抗蛋白质吸附和抗成纤维细胞粘附性能。在大鼠腹壁盲肠损伤模型中，PSBMA水凝胶显示出优异的抗粘连效果。PSBMA水凝胶作为防止粘连的物理屏障，其安全性、有效性和操作方便性可满足临床应用的需求，具有广阔的临床转化前景。

参考文献：

https://doi.org/10.1016/j.actbio.2022.12.045