胃肠道(GI)缺损修复手术失败可导致吻合口漏，这是胃肠道手术后最可怕和威胁生命的并发症之一，导致死亡率增加30%以上。手术封闭和修复受损和切除的胃肠器官是成功治疗和组织愈合的关键条件。然而，尽管作为护理标准，胃肠道器官缝合仍与较高的吻合口瘘发生率相关(在高危患者中高达20%)，导致严重的并发症，包括感染、脓毒症，甚至死亡。使用缝线手工缝合胃肠道缺陷依旧面临局限性和挑战。

近日，麻省理工学院赵选贺、Hyunwoo Yuk和美国梅约诊所Leigh G. Griffiths、Christoph S. Nabzdyk等人开发了一种现成的生物黏合剂胃肠道(GI)贴片，能够无创伤、快速、强劲和缝合修复胃肠道缺陷。GI贴片集成了一个无粘性的顶层和一个干燥的生物黏合剂底层，从而形成一个薄的、柔韧的、透明的、可随时使用的贴片，具有与组织匹配的机械性能。GI贴片的快速、稳健和无缝合线的密封能力是利用离体猪胃肠道器官模型系统地表征出来的。体外和体内大鼠模型用于评价胃肠道贴片的生物相容性和降解性，并与市售组织粘合剂(Coseal和Histoacryl)进行比较。为了验证GI贴片的有效性，研究者在大鼠结肠、胃和小肠以及猪结肠损伤模型中成功地在体内缝合和愈合GI缺陷。相关工作以“An off-the-shelf bioadhesive patch for sutureless repair of gastrointestinal defects”为题发表在最新一期的《Science Translational Medicine》（IF=17.956），并入选本期的期刊封面。文章的共同第一作者为Jingjing Wu (中国青年学者，现为MIT博士后)、Hyunwoo Yuk和Tiffany L. Sarrafian。

图1. GI贴片缝合修复的设计与机理

GI贴片的设计和机制

灵感来源于非医疗应用中管道胶带的便利性和有效性，GI贴片提供了简易、无创伤、密封、坚固和无缝线的GI缺陷密封，同时解决了缝线和商业上可用的组织粘合剂和密封剂的关键局限性(图1A, B)。GI贴片是一种薄的、柔韧的、透明的敷料，由无粘性的表层和干燥的、生物粘性的底层组成(图1C)。可拆卸的衬垫层可以进一步组装在非粘合层的顶部，以改善GI贴片在某些应用中的处理(图1C和D)。干燥的生物粘合剂底层由共价交联的聚(丙烯酸)N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)酯(PAA-NHS)和物理交联的聚(乙烯醇)(PVA)之间的互穿网络组成，具有生物粘附性(图1E, F)。随后，PAA-NHS网络中的羧酸基团和NHS酯基团分别通过氢键的物理交联(图1G)和酰胺键的共价交联(图1H)促进了与GI组织表面的快速而强劲的粘附。

图2. GI贴片的粘附性能

粘附性能

为了定量评价GI贴片的粘附性能，研究者测定了在离体湿猪结肠和胃组织上应用GI贴片时的界面韧性、剪切强度、拉伸强度和破裂强度(图2)。GI贴片与GI组织接触5s后粘附在GI组织上，界面韧性高(结肠>480 J m −2；胃>560 J m −2)，抗剪强度(结肠>80kPa; 胃>90kPa，结肠>75kPa; 胃> 85kPa)应用后5 min测得(图2A至F)。同时，完全肿胀的GI贴片也表现出良好的黏附性能，界面韧性高(结肠>350 J m −2; 胃>500 J m −2)，剪切强度大(结肠>65 kPa;胃>80kPa，结肠>60kPa; 胃> 65kPa)。

图3. GI贴片的体内外生物相容性。

图4. GI贴片在大鼠皮下模型的体内降解

生物相容性和降解性

人肠上皮细胞(Caco-2)在GI patch培养培养基中培养24小时后，体外LIVE/DEAD染色显示细胞活力与对照组相当(P = 0.12)。而与对照组相比，暴露于与商业组织粘合剂(Coseal和Histoacryl)孵育的细胞培养基中，细胞活力显著降低(图3A)。盲法病理学家的组织学评估表明与Coseal组(图3B)相比，GI贴片对下垫和周围GI组织的炎症诱导最小至无炎症(图3F)。

接下来，研究者研究了GI贴片在大鼠皮下植入模型中长达12周的体内降解性(图4A)。亲水性聚氨酯也被单独植入，以更好地研究其作为单独材料的体内降解特性。在植入期间，GI贴片的亲水性PU(非粘附层)和GI贴片的大小(图4B、C)和重量(图4D)均逐渐减小，植入12周后观察到明显降解。植入的GI贴片的组织学评估显示了相似的趋势，植入12周后，GI贴片明显降解和破碎(图4E)。

图5. 大鼠GI缺损的缝合修复

图6. 猪胃肠道缺陷的缝合修复

小结：在本项工作中，研究者开发了一种现成的生物黏合剂平台，用于无创伤的、容易的和强大的修复胃肠道缺陷。受管道胶带的启发，GI贴片集成了一个非粘性的顶层，以提供机械加固，底层是一个干燥的生物粘合剂，以提供快速和强大的粘附底层GI组织。这种干式交联机制的设计和结合提供了一种免制备、可随时使用的GI贴片。在此，全面的体外和体内生物相容性评估显示，GI贴片的生物相容性可与美国食品和药物管理局批准的商业可用组织粘合剂(如Coseal)相媲美，同时可长期降解(如植入后12周)。与商业组织粘合剂、密封剂和缝合线相比，使用离体猪模型对GI贴片进行系统的表征，确定了与组织匹配的机械性能和优越的粘接剂性能。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.abh2857

来源：高分子科学前沿