图1. 采用颗粒堆积融合、静电相互作用的黏附策略,混合小粒径的阴离子型水性聚氨酯分散液和大粒径的阳离子型水性聚氨酯分散液,使胶黏剂能有效密封纤维环缺损;并采用单宁酸和姜黄素的改性方法,使胶黏剂能够延缓髓核退变,包括清除活性氧、调节细胞外基质代谢平衡。
椎间盘突出症(Intervertebral disc, IVD)是临床常见的退行性脊柱病变。椎间盘切除术是治疗椎间盘突出症的常见手术。该手术虽可以有效缓解疼痛,但是既不能修复纤维环(annulus fibrosus, AF)缺损,也不能抑制髓核(nucleus
pulposus, NP)退变,仅能作姑息性治疗改善临床症状。此外,残留的髓核组织可能会从未修复的纤维环缺损中再次突出。基于此,南方医科大学郭金山教授(现为中国科学院长春应用化学研究所研究员)团队通过采用常春藤仿生黏附策略和颗粒堆积理论,混合小粒径的阴离子型组分和大粒径的阳离子型组分,成功制备了多酚复合水性聚氨酯胶黏剂(PPU-glue);通过体内外测试,探讨其作为椎间盘突出症切除术后胶黏剂的应用潜力,发现具有以下优势:可注射并且快速成胶,有利于辅助手术操作;低溶胀率,有利于避免过度膨胀问题;缓慢的降解速率,适于匹配椎间盘缓慢的自愈合速率;可释放多酚,调节髓核退变微环境;粘附性强,可封堵纤维环缺损,防止髓核内容物泄露;生物相容性好,无细胞毒性和器官毒性;显著的治疗效果,包括清除活性氧(ROS),调节髓核细胞外基质的代谢平衡,维持椎间盘正常高度、结构及形态,从而延缓椎间盘退变。图2. PPU-glue能有效封堵纤维环缺损,缓解大鼠尾椎的椎间盘退变。
文章第一作者是南方医科大学硕士生鞠彦,郭金山教授为最后通讯作者,卢智慧和陶美含博士后为共同通讯作者。 郭金山,中国科学院长春应用化学研究所研究员、博士生导师,中科院“百人计划”和“广东特支计划”青年拔尖人才,原南方医科大学基础医学院教授。博士毕业于中国科学院长春应用化学研究所,导师为陈学思院士和黄宇彬研究员。博士毕业后先后在美国德克萨斯大学阿灵顿分校、宾夕法尼亚州立大学和哈佛大学从事研究工作。2019年6月以“高层次人才”入职南方医科大学任教授、博士生导师,2024年3月回到中国科学院工作。致力于生物医用材料和皮肤与骨组织再生修复研究,取得了一系列创新研究成果和突出的成果转化成绩。在Advanced Materials、Advanced Functional
Materials、Bioactive Materials等杂志共发表SCI论文60余篇,拥有中、美和国际专利40余项。荣获广东省科技进步一等奖、华夏医学科技三等奖等多项荣誉,入选2021年JMCB全球新锐科学家。 课题组网站:http://bio-materials.com.cn 卢智慧,广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院核心科学家,2011年1月毕业于中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学专业,获理学博士学位。先后在美国得州大学阿灵顿分校机械与航天工程系、南方医科大学基础医学院从事科研工作。现为黄埔材料院医美与妆美研发平台负责人,长期从事大健康原材料创新研发,承接卡姿兰、谷雨等知名企业横向项目10余项,开发了油溶性特定重组胶原蛋白、6D海茴香等一系列创新原料。 陶美含,中国医科大学医学博士,南方医科大学第三附属医院博士后,主要从事生物医用材料、组织工程等交叉领域研究。近年来,在国际著名期刊Bioactive Materials、Acta Biomaterialia等发表论文 10余篇,主持博后基金1项。
Yan
Ju, Shiyuan Ma, Meimei Fu, Min Wu, Yue Li, Yue Wang, Meihan Tao*, Zhihui Lu*, Jinshan
Guo*. Polyphenol-modified biomimetic bioadhesives for the therapy of annulus
fibrosus defect and nucleus pulposus degeneration after discectomy. Acta
Biomaterialia, 2024.
http://doi.org/10.1016/j.actbio.2024.09.038
该研究获国家自然科学基金 (82272453、U21A2099、82102545)、广东特支计划青年拔尖人才项目(0620220207)和广东省基础与应用基础研究项目(2024A1515012664),以及广东省骨与关节退行性疾病重点实验室开放项目的支持。