在一項(xiàng)發(fā)表于《Advanced Materials》雜志的研究中，貝勒醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)前用于疝氣修復(fù)軟組織網(wǎng)片極易引發(fā)炎癥和內(nèi)臟粘連，因此他們開發(fā)了一種用于軟組織修復(fù)與炎癥調(diào)節(jié)的新型生物材料網(wǎng)片。該生物網(wǎng)片是通過原位磷酸鹽交聯(lián)的聚乙烯醇聚合物的3D生物打印制成的。在大鼠腹疝模型中生物網(wǎng)片充當(dāng)炎癥陷阱并捕獲植入部位分泌的促炎細(xì)胞因子，有效調(diào)節(jié)局部炎癥，而無需外源性抗炎劑。該生物網(wǎng)片在抑制內(nèi)臟粘連形成和最小化術(shù)后并發(fā)癥方面非常有效。
疝氣是最常見的軟組織損傷之一。腹內(nèi)內(nèi)容物（如腸環(huán)）通過腹壁薄弱、缺損或受傷部位擠壓時形成疝氣。這種情況可能會發(fā)展成嚴(yán)重的并發(fā)癥，因此需要行疝氣修補(bǔ)術(shù)。修復(fù)包括通過外科手術(shù)植入人工網(wǎng)片來支撐和加固受損的腹壁，促進(jìn)愈合過程。然而，目前使用的網(wǎng)片植入物與潛在的不良術(shù)后并發(fā)癥有關(guān)。貝勒醫(yī)學(xué)院外科助理教授，這項(xiàng)研究的主要作者Crystal Shin博士說：“雖然疝氣網(wǎng)植入物的機(jī)械強(qiáng)度很強(qiáng)，能夠支撐腹部組織，使患者一開始感覺很舒服，但手術(shù)后大約三天，植入物會引發(fā)炎癥，在兩到三周內(nèi)會影響附近的器官，這是一個常見的問題。”，Shin正在尋找解決術(shù)后疝氣并發(fā)癥的方法。
網(wǎng)狀植入物大多失敗，因?yàn)樗鼈兇龠M(jìn)腸、肝或其他內(nèi)臟器官與網(wǎng)狀物的粘附。隨著粘連的增長，網(wǎng)片收縮變硬，可能導(dǎo)致慢性疼痛、腸梗阻、出血和生活質(zhì)量低下。有些病人可能需要第二次手術(shù)來修復(fù)第一次手術(shù)不成功的部分。“炎癥也是一個嚴(yán)重的問題，”貝勒外科副教授Ghanashyam Acharya博士說，“目前，炎癥是通過藥物或抗炎藥來控制的，但這些藥物也會干擾愈合過程，因?yàn)樗鼈儠柚姑庖呒?xì)胞向損傷部位的遷移?！?。
Shin說：“為了解決這些并發(fā)癥，我們開發(fā)了一種新型的網(wǎng)片，這種網(wǎng)片除了對損傷部位提供機(jī)械支持外，還起到炎癥調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用。”，“這種生物網(wǎng)片柔軟，具有韌性，并且在其手術(shù)植入過程中易于處理，還可以防止組織粘附，減少炎癥，從而將疼痛和手術(shù)失敗的可能性降到最低?！薄Ｒ环N叫做細(xì)胞因子的炎癥介質(zhì)出現(xiàn)在術(shù)后幾天植入網(wǎng)片的地方。由于賴氨酸和精氨酸的存在，植入物中的一些主要細(xì)胞因子IL1-β、IL6和TNF-α具有正表面電荷。
圖1. 3D打印的生物網(wǎng)片特性
Acharya說：“我們假設(shè)表面帶負(fù)電荷的生物網(wǎng)狀物會捕獲帶正電荷的細(xì)胞因子，因?yàn)橄喾吹碾姾蓵嗷ノ！蔽覀冾A(yù)計(jì)，將細(xì)胞因子滯留在補(bǔ)片中可以減少其炎癥反應(yīng)，改善疝氣的修復(fù)和愈合過程?！?/span>
為了驗(yàn)證他們的新想法，研究人員使用三維生物打印機(jī)制造了一種叫做磷酸鹽交聯(lián)聚乙烯醇聚合物（X-PVA）的生物網(wǎng)片。通過詳盡的實(shí)驗(yàn)，他們優(yōu)化了網(wǎng)片的機(jī)械性能，這樣網(wǎng)片可以在幾個月內(nèi)反復(fù)承受最大的腹部壓力，而不會使其機(jī)械強(qiáng)度惡化。他們還表明，該生物網(wǎng)片不會隨著時間的推移而降解或彈性降低，對人體細(xì)胞沒有毒性。
Shin、Acharya和他們的同事在實(shí)驗(yàn)室證實(shí)，這種生物網(wǎng)片可以捕獲帶正電的細(xì)胞因子。受這些結(jié)果的鼓舞，研究人員在大鼠疝氣修補(bǔ)模型中測試了他們的生物網(wǎng)，并將其與臨床上廣泛用于外科疝氣修補(bǔ)的一種網(wǎng)片進(jìn)行了比較。
圖2. 生物網(wǎng)片捕獲炎癥因子
在動物模型中，新設(shè)計(jì)的生物網(wǎng)片有效地減少了疝氣修補(bǔ)術(shù)后的并發(fā)癥。研究人員在植入生物網(wǎng)片四周后對其進(jìn)行了檢查。他們發(fā)現(xiàn)新設(shè)計(jì)的生物網(wǎng)捕獲的細(xì)胞因子數(shù)量是常用網(wǎng)捕獲的細(xì)胞因子數(shù)量的三倍。細(xì)胞因子在體內(nèi)的壽命很短。當(dāng)它們降解時，它們使網(wǎng)狀細(xì)胞能夠捕獲更多的細(xì)胞因子。
重要的是，沒有內(nèi)臟組織粘附在新設(shè)計(jì)的生物網(wǎng)片上，而在常用的生物網(wǎng)片中，組織粘附的程度很高。這些結(jié)果證實(shí)了新的生物網(wǎng)片在減輕炎癥反應(yīng)和預(yù)防內(nèi)臟粘連方面是有效的。此外，在動物模型中，新的網(wǎng)片并不妨礙疝修補(bǔ)術(shù)后腹壁的愈合。
圖3. 生物網(wǎng)片在鼠的皮膚傷口模型中從傷口組織中捕獲促炎細(xì)胞因子
“這種生物網(wǎng)片是獨(dú)特的，旨在改善疝氣修補(bǔ)術(shù)的預(yù)后，減少急性和長期并發(fā)癥。Shin說：“在美國，每年有超過40萬例疝氣修補(bǔ)手術(shù)，新的生物網(wǎng)片將滿足今后的修補(bǔ)需求?！蹦壳斑€沒有這種多功能的復(fù)合外科網(wǎng)片，開發(fā)一種廣泛應(yīng)用的生物網(wǎng)片將是疝氣和其他軟組織缺損外科修復(fù)的一個重大進(jìn)展。我們正在進(jìn)行進(jìn)一步的臨床前研究，我們的方法可以轉(zhuǎn)化為臨床。制造生物網(wǎng)片具有高度的可重復(fù)性、可伸縮性和可修改性。”
“這種通過材料的物理化學(xué)性質(zhì)來控制炎癥的概念是全新的。網(wǎng)片最初是為機(jī)械強(qiáng)度而設(shè)計(jì)的。我們問自己，我們能不能利用材料的物理和化學(xué)性質(zhì)創(chuàng)造一種新的網(wǎng)片？”Acharya說，“20世紀(jì)50年代，貝勒外科的Francis C. Usher 醫(yī)生發(fā)明了第一種用于疝氣修補(bǔ)的聚丙烯網(wǎng)片。我們已經(jīng)開發(fā)出了新一代的網(wǎng)片，由于其固有的非炎性性質(zhì)和最佳的機(jī)械特性，可以最大程度地減少疝氣復(fù)發(fā)和翻修手術(shù)率并改善臨床結(jié)果。通過優(yōu)化生物網(wǎng)片表面的負(fù)電荷密度，可以調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。這種生物網(wǎng)片需要保持其機(jī)械性能至少兩年以上，然后破損的腹壁（疝位點(diǎn)）才能恢復(fù)強(qiáng)度并完全愈合。3D打印策略還可以開發(fā)具有特定區(qū)域的定制生物網(wǎng)片，作為加固的縫合點(diǎn)，以牢靠地固定縫合線而不會撕裂。”。(生物谷 bioon）
原始出處：
<!--[if !supportLists]-->1. <!--[endif]-->Shin CS, Cabrera FJ, Lee R, et al. 3D-Bioprinted Inflammation Modulating Polymer Scaffolds for Soft Tissue Repair. Adv Mater. 2020 Dec 16:e2003778.
<!--[if !supportLists]-->2. <!--[endif]-->Bilsel Y, Abci I. The search for ideal hernia repair; mesh materials and types. Int J Surg. 2012;10(6):317-21. 
