生物材料和活体组织之间的界面对于疾病诊断和治疗至关重要。一直以来，传统的生物材料与形状不规则的受损组织紧密贴合的能力有限，并且缺乏足够的空间以支持细胞浸润和再生。近日，研究人员开发了一种新型粘性水凝胶，可用于伤口修复和愈合。

开发出一种动态生物界面 由水凝胶复合材料构成

2024年1月11日，芝加哥大学田博之/岳继平团队与伊利诺伊大学芝加哥分校Petr Král团队合作，在《Nature Chemical Biology》上发表了题为“Monolithic-to-focal evolving biointerfaces in tissue regeneration and bioelectronics”的研究。

该研究团队提出一种由水凝胶复合材料构成的动态生物界面，可在类似人体内的生理条件下演变以释放药物改性淀粉颗粒。这种动态生物界面的设计是，选取了明胶（一种源自胶原蛋白的蛋白质）作为水凝胶基质，并嵌入了淀粉颗粒。这种由颗粒嵌入的复合材料最初拥有粘弹性，同时可表现出多种形态，包括绷带状构造，促进其在不平坦的组织表面粘附。

为了增强基于颗粒的生物界面的生物粘附力，研究团队使用阿司匹林、烟酸和丁酸盐等天然药物分子进一步对颗粒复合材料进行了化学修饰。比如，使用碳二亚胺化学合成了阿司匹林-壳聚糖生物结合物，并通过一系列实验证明了阿司匹林修饰颗粒比非修饰淀粉/壳聚糖颗粒在分子组装体，体外细胞单层，体外肠道类器官和体外组织上具有更高的留存率。

新型粘合性水凝胶有这些优势

这种可释放颗粒的水凝胶复合材料有望作为一种新的动态生物界面平台。研究团队在一系列的动物模型中展示了这种由水凝胶复合材料所构成的生物动态界面在炎症性肠病治疗、皮肤组织再生和改进的生物电子功能方面的优势。

研究团队通过DSS诱导的结肠炎模型证明了口服该种水凝胶复合材料在治疗啮齿动物结肠炎症状方面显示出改善的治疗效果。

在伤口愈合模型中证明了动态生物界面相比单一的整块的生物界面或是颗粒焦点生物界面更具有治疗优势。

研究团队通过将水凝胶复合材料与16通道网状电子设备生物电子设备集成，成功实现了心脏组织的稳定长时间的电生理记录和组织再生。

研究团队通过患病小鼠的超声心动图检查结果显示接受水凝胶复合材料治疗的小鼠的心功能的几个关键指标（例如射血分数、缩短分数和心输出量）均有恢复。

总之，研究表明，这一新型的水凝胶复合材料可以有效加速皮肤创伤修复，控制葡聚糖硫酸钠诱发的结肠炎症状，促进心脏组织再生，以及利用生物电子设备绘制心脏活动，未来可应用于一系列医学诊断和治疗。

未来“粘住”伤口或成真

事实上，近年来，研究人员开发出了不少有粘合性的水凝胶用于医学领域。

2023年10月，澳大利亚研究人员开发了一种可注射、高细胞生物相容性、高机械性且与软骨能高度粘合的水凝胶。该水凝胶前体溶液呈牛顿溶液状，注射到牛软骨缺损处并进行原位交联后，这种水凝胶系统在体内外关节内操作后仍能保持完整，并与软骨融为一体，在体外培养三周后进一步显示出组织再生潜力。

2022年1月，哈佛大学研究人员开发一种可促进肌腱愈合的新型强力水凝胶粘合剂。该水凝胶将可降解的坚韧基质以及强粘附力的壳聚糖表面相结合，具有优异的生物相容性。研究人员通过体外实验表明，该种水凝胶粘合剂能强烈粘附于活体大鼠的髌骨、冈上肌和跟腱，促进愈合，减少跟腱断裂大鼠模型瘢痕的形成，并可持续释放大鼠髌骨肌腱损伤模型的皮质类固醇曲安奈德，减轻炎症……

2021年7月，中山大学中山眼科中心研究人员研发出一种由甲基丙烯酰化明胶（GelMA）和氧化葡聚糖（ODex）组成的光固化生物粘合性水凝胶。该新型生物粘合剂具备良好的光学透明性、组织粘附性和细胞生物相容性，实现了无损伤、无缝线原位固定板层角膜植片，为眼科和外科手术的组织固定提供了新的思路。

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纵观这些科研成果，未来，“粘住”伤口或成真。期待这些研究科研成果能尽快转化并应用于临床，切实解决一些医学难题。

（环球医学编辑：余霞霞）

Nature子刊：田博之团队开发新型粘性水凝胶，用于伤口修复和愈合
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