术后粘连（POA）是各种手术后常见而严重的并发症。目前的物理屏障要么在手术部位附着时间较短且组织附着能力较低，要么由于双面粘附特性，容易形成额外的粘连，限制了屏障预防POA的效果。为此，四川大学周宗科等利用新型生物气体剪切微流控平台制备了具有非对称组织粘附能力的Janus结构微凝胶（Janus-MGs）。Janus-MGs的抗粘附侧由海藻酸盐、透明质酸和衍生物组成，赋予材料分离、润滑和防止粘附的性能。粘附侧通过儿茶酚的粘附为Janus-MGs提供组织附着和保留能力，从而增强原位预防粘附效果。此外，Janus-MGs可显著减少大鼠失血量，缩短止血时间，进一步减少粘连形成。本研究建立3种常用的不同组织结构和运动模式的大鼠POA模型，即腹膜粘附、宫内粘附和腱周粘附模型，结果显示Janus-MGs有效预防所有模型中POA的发生。综上，Janus-MGs为预防各种手术后的POA提供了一个可靠的策略和一个有前途的范例。
相关研究内容以“Janus-Structured Microgel Barrier with Tissue Adhesive and Hemostatic Characteristics for Efficient Prevention of Postoperative Adhesion”为题于2024年9月28日发表在《Small》。
示意图 Janus-MGs有效预防POA
在三种最常见的具有不同组织结构和运动模式的POA模型中，即腹膜粘连、宫内粘连和肌腱周粘连模型，Janus-MGs在预防POA方面具有良好的表现（示意图1）。在氮气流动产生的驱动力下，预凝胶溶液形成具有多个隔间的小液滴，然后在收集培养皿中进行聚合（示意图1A）。
图1 Janus-MGs的制备
采用两个、三个和四个通道的平台可以分别制造具有两个（图1Ai）、三个（图1Bi）和四个隔室（图1Ci）的微凝胶。通过将荧光染料封装在多室微凝胶中，在荧光显微镜和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）下观察到每个隔室之间明显的边界和微凝胶中均匀分布的荧光（图1A-ii，B-ii，C-ii）。光镜图像显示，所有Janus-MGs分散良好，形态特征完整，两侧有明显的分界线（图1A-iii，B-3iii，C-3iii）。Janus-MGs1/2（图1A-iii）、Janus-MGs1/3（图1B-iii）和Janus-MGs1/4（图1C-iii）的粒径分别为505.8 ± 15.5 μm、505.6 ± 17.6 μm和489.8 ± 16.7 μm，均分布狭窄。
图2 Janus-MGs的表征
采用扫描电镜（SEM）观察冻干后微凝胶的表面形貌。HAMA-MGs和Janus-MGs1/3的抗粘附侧表现出相对光滑的表面，而DMA-MGs和Janus-MGs1/3的粘附侧具有高度的褶皱和粗糙的表面（图2A）。不同的表面形态证实Janus-MGs1/3中Janus结构的成功制备。使用摩擦计测试微凝胶的润滑性能（图2B）。600 s摩擦试验表明，Janus-MGs1/3的摩擦系数明显较低（图2C）。体外降解实验表明，Janus-MGs1/3表现出良好的降解性，7天内质量下降80%（图2D）。作为一种物理屏障，良好的生物相容性是微凝胶的基本性能要求。如图2E、F的结果所示，几乎所有细胞都存活3天，且组间没有显著差异。CCK-8检测结果显示，各组细胞数量随时间推移而增加，且无显著性差异（图2G）。
图3 Janus-MGs的粘附能力测试
采用体内粘附能力试验，评价微凝胶对大鼠腹壁、盲肠和肌腱的粘附能力。应用微凝胶来回摩擦伤口周围的组织，以模拟体内组织之间的相互运动（图3A）。在大鼠腹壁损伤、盲肠损伤、肌腱模型中，DMA-MGs、Janus-MGs1/2和Janus-MGs1/3的平均粘附率均显著高于Janus-MGs1/4和HAMA-MGs，且组间具有可比性（图3B-D）。因此，DMA-MGs、Janus-MGs1/2和Janus-MGs1/3在大鼠组织中表现出相似的高粘附能力，且明显优于Janus-MGs1/4和HAMA-MGs（图3E）。本研究选择Janus-MGs1/3作为具有代表性的Janus-MGs进行后续的体内研究，因为它显示出更高的粘附效率，以及粘附能力和抗粘附能力之间的平衡（图3F）。当受到组织表面的外力作用时，Janus-MGs1/3的粘附侧更容易与伤口相互作用，从而实现基于儿茶酚的粘附（图3G）。
图4 Janus-MGs的体内止血性能
本文研究了大鼠肝出血止血模型（图4A）和大鼠截尾出血及止血模型（图4B）中微凝胶的体内止血性能。在肝脏上切开后，立即将Janus-MGs1/3应用于伤口表面，并与出血部位牢固粘附，出血仅有173.3 ± 45.1 mg，在34.7 ± 15.3 s内止血，出血量和出血时间表现均优于对照组；当应用DMA-MGs时，微凝胶也粘附在出血部位，并表现出与Janus-MGs1/3相当的止血效果（图4C-E）。在大鼠截尾模型中，对照组仍表现出最高的失血量和最长的止血时间；HAMA-MGs的失血量和出血时间明显低于对照组，但高于Janus-MGs1/3组；DMA-MGs和Janus-MGs1/3组的失血量显著减少、出血时间明显缩短，组间无统计学差异（图4F-H）。DMA-MGs和Janus-MGs1/3的良好止血特性可归因于基于粘附的伤口闭合、氢键、儿茶酚与血清蛋白之间的疏水相互作用以及Ca2+活化凝血的协同作用（图4I）。
图5 Janus-MGs在大鼠腹膜粘连模型中预防POA
腹膜粘连影响高达90%的腹部手术患者，可导致严重的腹痛、肠梗阻、器官功能障碍和其他严重的不良结局。在手术过程中，将Janus-MGs1/3应用于两个创伤表面。未进行抗粘连治疗的对照组肉眼观察出现严重的腹膜粘连，术后第7、14天粘连评分最高，证实模型成功建立；HAMA-MGs组腹壁与盲肠之间的粘附减弱，粘附评分较低；DMAMGs组的双面粘附性能降低其抗粘附效果，导致其评分略低于对照组；Janus-MGs1/3组术后可完全预防POA，术后第7、14天的平均粘附评分最低，接近于零（图5A-D），证明可通过赋予Janus结构材料不对称的组织粘附能力增强物理屏障的抗粘附效果。
图6 Janus-MGs对大鼠宫内粘连模型中POA的预防作用
本研究采用机械性子宫内膜损伤建立大鼠宫内粘连模型，以确定JanusMGs1/3预防宫内术后粘连的疗效。术后第7天，在对照组、HAMA-MGs组和DMA-MGs组中观察到子宫严重收缩和子宫积水，提示子宫内粘连形成，HAMA-MGs和DMA-MGs对预防粘附无效；Janus-MGs1/3组的子宫结构变形较轻，与假手术组高度相似，术后第14天，宫内粘连的严重程度有所下降（图6A）。通过组织学染色检查宫内粘连的形成。对照组出现子宫腔部分闭塞、子宫内膜上皮细胞丢失、子宫内膜胶原纤维替换；HAMA-MGs和DMA-MGs组表现出粘附形成减少；Janus-MGs1/3组子宫腔未缩小，子宫内膜再生与假手术组相似（图6B、C）。HE和Masson染色中腺体数量和子宫内膜厚度的定量分析结果显示，与其他各组相比，Janus-MGs1/3组的腺体数量和子宫内膜厚度最高（图6D、E），表明应用Janus-MGs1/3可改善子宫内膜修复和子宫功能。Janus-MGs1/3确保材料易于分离，并解决双面粘合剂材料中额外的粘附形成问题（图6F）。
图7 Janus-MGs在大鼠腱周粘连模型中预防POA
本研究建立大鼠肌腱周围粘连模型，评价Janus-MGs1/3在高活性水平的肌肉骨骼系统中的粘附预防效果。对照组在术后第14、21天，肌腱修复部位与周围组织形成致密粘连，难以解剖；Janus-MGs1/3组修复后的肌腱表现出相对光滑的形态，粘连形成明显较少，与正常肌腱组织相似（图7A、B）。宏观粘附评分显示，Janus-MGs1/3组的粘附评分最低，而HAMA-MGs组的粘附评分较对照组有部分下降（图7C）。组织学粘附分级评价显示，与其他各组相比，Janus-MGs1/3组的粘附程度最低（图7D）。Janus-MGs1/3的不对称粘附性确保它们与受伤肌腱或周围组织的粘附，同时另一侧容易分离且润滑（图7E）。
全文小结
总之，本研究使用一种新型气体剪切微流控平台制备了具有不对称组织粘附能力的Janus-MGs。无油气体剪切方法和天然水凝胶预聚物选择的生物友好型微凝胶制备策略保证了其生物相容性和在生物医学领域的应用。在体内模型中，Janus-MGs在组织粘附和止血方面表现出显著的作用。本研究建立了三种临床实践中普遍的POA模型来评估Janus-MGs预防POA的疗效，包括腹膜、宫内和肌腱膜粘连，每个模型都具有不同的组织运动模式和结构特性。研究结果表明，通过组织粘附的抗粘附作用，有效地阻止粘附形成。以上结果表明Janus-MGs在预防各种手术后POA方面具有巨大的潜力。本研究为制备Janus结构材料提供了一种替代策略。
文章来源：
https://doi.org/10.1002/smll.202403753
