目前，在特殊情况下的动态伤口闭合处理仍具有一定的难度。直接缝合易造成伤口撕裂，导致液体渗漏和意外风险。基于可粘附水凝胶的优异性能，将其用于伤口密封取得了一定的进展，但现有的组织粘合剂水凝胶过于柔软和可拉伸，无法在动态负载下将伤口边缘保持在一起。为此，来自中山大学的李哲团队设计了一种用于动态伤口闭合的梯度模量组织粘合剂复合材料。粘合剂主要有由三个功能组件组成，用于伤口密封的粘性水凝胶基质、用于防止撕裂的具有梯度模量的可生物降解微网和用于抗粘连的注油表面（图1）。干燥状态下的贴片以柔性薄膜（约100 µm厚）的形式，可直接应用于非平整表面实现闭合伤口的功能。相关研究成果以“Gradient Modulus Tissue Adhesive Composite for Dynamic Wound Closure”为题于2022年9月1日发表在《Advanced Functional Materials》上。
图1 梯度模量组织粘合剂复合材料
首先制备具有梯度模量的可生物降解聚己内酯（PCL）微网，并将其放置在涂有硅油薄层的基材上，硅油会部分渗入微网并形成浸油表面；随后，将组织粘合剂预凝胶溶液（由明胶和用甲基丙烯酸明胶交联的N-羟基琥珀酰亚胺酯（PAAc-NHS）接枝的聚丙烯酸制备）倒在置于模具中的微网上, 渗透到多孔微网中, 直到注入油的表面。在紫外线照射下固化后，与明胶链纠缠的PAAc-NHS网络将与PCL微网进行拓扑纠缠，产生具有Janus粘合性能的组织粘合剂复合材料。
- 组织粘合剂复合材料的特征
作者利用新型角溶液吹旋(A-SBS)方法制备了PCL可生物降解微网（图2a）；由于角收集器引起的独特空气动力学，微纤维将被高压气流沿倾斜表面侧向拉动，在角收集器上生成纤维微网（图 2b）。特别的，通过调整角度有利于产生梯度模量。中间较大的模量可以帮助避免伤口像虚拟缝合线一样在负载下撕裂，而外围的较小模量将有助于在没有应力集中的情况下与下面的组织产生紧密的界面耦合。因此，作者选择在30°收集器上制备的微网作为制备组织粘合剂的模块化组件。
图2 梯度模量组织粘合剂复合材料的制备
- 组织粘合剂的粘附性测试
接着，作者表征了贴片的梯度模量特性，如图3a所示的应力-应变曲线。同时，以微网为骨架，成功制备出梯度模量的组织粘合剂复合材料（图3b）。通过在组织粘合剂中加入不同层的模块化微网进行调整模量变化范围，以应用于不同的组织表面。因此，这种设计为制造具有良好可控性的梯度模量组织粘合剂复合材料提供了一种有效的策略。此外，粘合剂材料可以牢固粘附在湿组织表面上用于伤口闭合（图3c）。作者进一步将组织粘合剂的杨氏模量与文献中报道的不同组织/器官的模量进行了比较以充分说明其合理适用性。
图3 GmTAC用于伤口闭合和防止撕裂
- 组织粘合剂的生物安全性
作者在体外证实了粘合剂具有Janus粘附特性后（图 4a），进一步对麻醉兔进行体内Janus粘附试验。与体外观察相似，设计有抗粘连表面的粘合剂有效地防止了与周围组织的粘连（图4b）。基于粘合剂适宜的力学性能，能够应用于各种组织表面（包括肠、胃、肺和心脏等）。同时，粘合剂材料还具有良好的生物相容性和可降解性能。
图4 附着力、安全性和生物降解性
- 组织粘合剂的动态模拟
为了进一步验证粘合剂具有伤口闭合和预防撕裂的功效，进行了体内测试，同时模拟了动态和富含液体的环境中伤口所经历的张力或膨胀。总的来看，源自外围变形粘合剂基质的应力将传递到拓扑纠缠的微网骨架。由于梯度模量设计，切口近端的粘合剂贴片将具有高于下层组织的应力，产生应力集中最小的应力屏蔽效应，可有效保护伤口免受动态撕裂和促进伤口愈合。
图5 模拟动态伤口闭合
综上，本文通过合理的设计构造制备了一种梯度模量组织粘合剂复合材料，该粘合剂材料主要由三种功能成分制备，分别是粘性水凝胶基质、具有梯度模量的可生物降解微网和用于抗粘连的注油表面。集合了这些功能的组织粘合剂贴片可以同时实现对湿组织表面的强力粘附，保护伤口免受动态撕裂，并防止与周围组织的粘附。此外，采用可生物降解材料设计的贴片可以在生理条件下随着时间的推移而降解，无需重新操作。这些特征已通过模拟在体外和体内得到验证，该策略为管理动态伤口闭合提供了一个有效的策略和解决思路。
文章来源：https://doi.org/10.1002/adfm.202207306.
入群交流
围绕医工交叉领域，EFL建有相关社群，可私信小编入群交流~
