韦恩州立大学曹智强《PNAS》:防污两性离子聚合物可完全防止术后粘连

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on style="white-space: normal; margin-top: 10px; margin-right: 8px; margin-left: 8px; line-height: 2em;">术后粘连是几乎所有类型的腹部和骨盆手术最常见的问题,导致不良后果。药理学治疗和物理屏障装置是解决术后粘连的两种主要方法,但只能在一定程度上减轻或减少粘连。迫切需要一种可靠的方法来完全防止术后粘连并显着改善临床结果,但是,当前技术尚无法满足这一要求。


两性离子聚合物是公认的超低结垢属性抵抗蛋白和细胞粘附,具有良好的生物相容性。基于此,韦恩州立大学曹智强团队制备了一种粘性,凝胶状但可注射的两性离子聚(羧基甜菜碱丙烯酰胺)(PCBAA)溶液证明了两性离子聚合物保护的大鼠腹壁受伤表面上可以完全防止手术后24小时内纤连蛋白的吸附(渗出液中的关键细胞外基质蛋白)和手术后第4天体内成纤维细胞的侵袭和在体内伤口腹壁上的粘附。有了这些结果,研究人员采用了三种不同但具有挑战性的粘附模型进一步评估了制备的两性离子聚合物在体内的抗粘连功效。相关工作以“Fouling-resistant zwitterionic polymers for complete prevention of postoperative adhesion”为题发表在《PNAS》上。
【两性离子PCBAA的表征】
通过凝胶渗透色谱、剪切流变学和体外溶出度表征,研究人员选择了20 wt%的PCBAA溶液,显示中等粘度(类似乳脂状但可注射)和溶解速率进行后续动物实验。
(A)三种粘连模型:大鼠侧壁缺损-盲肠磨擦粘连模型,反复损伤反复粘连模型和70%肝切除诱导的粘连模型中注射乳膏状两性离子PCBAA及其抗粘连功效评估。(B)制备的PCBAA的GPC光谱。(C)在25°C下PCBAA溶液的稳态剪切流变学表现出剪切稀化行为。(D)不同浓度PCBAA溶液的体外溶出度研究

【两性离子PCBAA抵抗纤连蛋白在大鼠腹壁伤口处的体内吸附】
为了评估两性离子PCBAA在体内抵抗纤连蛋白吸附在受损大鼠腹壁上的功效,研究人员在右侧腹壁上创建了腹膜缺损,然后注射500μL的乳膏状两性离子PCBAA溶液(20 wt%)到受伤的腹壁上。然后,将250μL制备的异硫氰酸荧光素标记的纤连蛋白(FITC-Fn)溶液(1 mg / mL)涂在PCBAA保护的受伤部位。在2小时或24小时,PCBAA保护的创伤几乎没有荧光。相比之下,未经治疗的组在缺损处显示出明显的信号,并且荧光强度在手术后随时间增加。这些结果表明两性离子PCBAA可有效抵抗纤连蛋白在腹部手术后对外科创伤的吸附
FITC-Fn在受损腹壁吸收的体内研究
【两性离子PCBAA抵抗大鼠腹壁和盲肠伤口模型的成纤维细胞粘附】
大鼠的腹壁和盲肠伤口模型是通过盲肠的磨损和部分腹壁切除术引入两个缺陷,在每个缺陷上注入500μL PCBAA溶液,然后将250微升携带红色荧光的成纤维细胞接种在PCBAA保护的受伤部位。手术后一和四天,未保护的缺损处显示出越来越多的强烈荧光,但在PCBAA保护的表面上观察到的荧光增加有限。这些结果表明,在受创伤的表面上使用两性离子PCBAA可以在术后至少4 d内显着阻止成纤维细胞的侵袭和粘附,从而可以减少胶原蛋白的分泌和沉积以及随后的组织粘附形成
大鼠成纤维细胞粘附在受损腹壁和盲肠上的体内研究
【两性离子PCBAA预防大鼠腹壁盲肠缺损模型的术后粘连】
首先在侧壁缺损-盲肠磨损的大鼠模型中评估了PCBAA的体内抗粘连功效。将1 mL PCBAA溶液注射到受伤的腹壁和受损的盲肠上。在美国最受欢迎的商业Interceed膜作为阳性对照,与市售的基于薄膜的抗粘剂产品不同,可注射的PCBAA在应用过程中无需止血或重新定位
对于PCBAA治疗组,在第7天几乎没有观察到粘连,并且受损的腹壁和盲肠均部分恢复。在第14天,没有观察到粘连(评分0),并且受伤的腹壁和盲肠都完全恢复,这表明在该模型中PCBAA可以完全防止术后腹膜粘连。此外,术后第14天在治疗部位或腹腔上没有明显的PCBAA残留物,表明该物质能够被吸收。HE染色显示在第7天,清楚地观察到受伤的腹壁和盲肠在受损部位的顶部恢复了较完整的新间皮细胞层。在第14天,受损的腹壁和盲肠已完全平滑化,并形成了与正常组织相似的平滑且充分发育的间皮层。相比之下,Interceed膜仅能在前期(第7天)一定程度减少粘连,14天时,会发现大量粘连。
在大鼠侧壁缺损-盲肠磨蚀粘附模型中评估术后第7和14天的抗粘附功效
【两性离子PCBAA预防大鼠重复损伤黏附模型中黏附溶解后的复发黏附】
研究人员使用更严格的大鼠反复损伤粘连模型进一步评估了PCBAA在预防粘连溶解后复发粘连方面的功效。通过在不进行任何抗粘连材料治疗的情况下关闭腹膜而造成第一腹壁和盲肠损伤,然后在第0天进行第二次手术以重新打开切口,溶解粘连部位,然后用消毒刷单向研磨分离的腹壁和盲肠,直至产生出血表面。对于治疗组,在最终封闭之前,将重复受伤的部位用1 mL PCBAA溶液或Interceed膜覆盖。
建立大鼠重复损伤模型以评估PCBAA和商业Interceed膜的抗粘连功效
对于使用Interceed膜治疗的组,大鼠在第7天和第14天仍与未治疗组相似,但仍出现复发性粘连,但粘连评分和粘连面积均降低。相比之下,在第7天,在PCBAA处理的动物中未观察到完整粘连(评分0),并且大部分受伤的腹壁得以恢复。在第14天,几乎没有观察到粘连,并且受损的腹壁和盲肠在光滑表面上被可见的新血管完全治愈,腹部愈合的表面壁和盲肠完全胶原化。这些结果表明,PCBAA有望预防术后复发性腹膜粘连
在大鼠重复损伤模型中第二次手术后第7天和第14天评估复发性粘连预防
【两性离子PCBAA预防大鼠70%肝切除诱导的粘连模型中的术后粘连】
肝癌是第五大最常见的人类恶性肿瘤和癌症相关死亡的第二大最常见的原因,肝切除仍是肝癌患者最可用的和有效的治疗,然而,由肝切除术引起的腹腔内粘连构成了重大的临床挑战。由于第一次肝切除术后经常复发的肝癌,许多患者在临床实践中需要重复进行肝切除,而由于先前的肝切除术,剩余肝脏周围残留的粘连物的存在显着阻碍了再次肝切除的可行性。在这项工作中,研究人员采用了经典的大鼠部分肝切除模型(约占总肝脏的70%)研究肝切除术引起的腹膜粘连。
SD大鼠肝叶的外科手术解剖并建立70%肝切除黏附模型以评估PCBAA和商业Interceed膜的抗粘连功效
肝切除术后一周,经Interceed膜处理的大鼠显示出较低的粘附力分数。大多数大鼠在肝切面与大网膜之间形成粘连,而不是对照组的小肠,且切割表面周围的粘连相对较容易分离,这表明该膜可以在一定程度上减轻术后粘连。对于PCBAA治疗组,在这个极富挑战性的粘附模型中几乎未观察到任何粘附。肝切除术后第14天和第30天,对照组和薄膜组中的所有动物均出现了更成熟和血管化的粘连,难以分离。相比之下,PCBAA组没有粘连,只是两只大鼠在右上叶和右下叶之间出现了轻微的粘连。此外,可以清楚地观察到代偿性肝再生。组织学检查显示,新月形残叶与健康大鼠相似没有任何异常。
在大鼠重复损伤模型中第二次手术后第7天和第14天评估复发性粘连预防
总结:研究人员制备了可注射的两性离子PCBAA,在三种临床相关但日益具有挑战性的模型下,聚合物可以完全可靠地防止术后粘连。PCBAA可以在手术后24小时内(粘附的初期发展)完全防止蛋白质(纤连蛋白)在体内吸附在受创表面上,并在术后第4天显着减少体内细胞(成纤维细胞)的入侵和粘附。具有最佳抗粘连功效的两性离子PCBAA聚合物将是一种安全,有效且方便的方法,可以充分防止当前手术患者遭受的术后粘连


来源:高分子科学前沿




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