创伤封闭的需求量极大，而缝合是创伤封闭的金标准，每年有数以万计的外科手术在闭合伤口。然而缝合并不是万能的，其操作繁琐，且缝合穿刺对组织带来的二次伤害可能会诱发感染或者造成渗漏，尤其是类似胃、肠、膀胱等具有贮藏功能的软组织。因此，我们希望寻求更好的创伤封闭方法来代替缝合。由于很多内脏组织具有管腔结构，因此相对于流动态的组织胶水，胶贴形式存在的湿面粘附膜更适合修补他们的缺损。此外，现有的研究为了达到伤口封闭的力学需求，使用的大多是降解速度较慢的合成材料。这些材料如果在体内长期存在会产生排异反应，只能起到伤口封闭作用而无法促进再生。因此，如何使用生物相容性高的材料达到快速、牢固的组织粘附效果，实现创伤封闭的同时促进再生仍是亟需解决的技术难题。
鉴于此，浙江大学欧阳宏伟教授课题组基于在湿面组织粘附领域的研究积累，首次设计出基于完全可代谢的多聚氨基酸材料的免缝合光控自粘复软组织创伤修复膜（LAP）。LAP有三大优势（1）两种可降解医用材料组分，成分简单可转化；（2）高强度组织粘附和抗拉，无惧胃、肠、膀胱等内脏充容；（3）2周内动物胃穿孔修复展示出肌层和粘膜层完全再生，远优于现有的临床缝合或胶体手段。此研究于2022年4月在学术期刊《Advanced Science》上发表，题为“Polyglutamic Acid-Based Elastic and Tough Adhesive Patch Promotes Tissue Regeneration through In Situ Macrophage Modulation”。
LAP由可粘附水凝胶基质层和抗拉连底膜层构成。水凝胶基质主体由聚谷氨酸和聚赖氨酸交联而成，基质表面修饰了实验室前期验证过的光敏小分子基团NB作为粘附基团。NB基团能够响应紫外光发生结构改变产生醛基，进而与组织上的氨基发生反应实现粘附。而增强力学性能方面，研究团队首次提出复合膜结构的概念，引入可吸收PLLA薄膜作为底膜层提高力学性能。LAP紫外光照激活后，接触湿面组织能够快速吸收界面上的水分，使粘附基团与组织表面氨基密切接触发生反应，只需要在创面简单的按压即可实现创伤封闭。同时，LAP具有优秀的生物安全性和生物可降解性能，能够原位招募M2型巨噬细胞，创造有利于组织再生的免疫微环境，从而促进组织再生。（图1）
图1 LAP的创伤封闭和修复机制示意图
拉伸测试表明，复合了PLLA底膜的LAP拉升强度最高可达580.6kPa,比单纯的水凝胶基质提高了1.5倍，这一强度远超猪胃部平滑肌生理条件下能够承受的最大牵拉力（10.4 N cm-2，~104kPa）。并且在复合了底膜之后，LAP的弹性模量得到了显著的增强，从水凝胶基质原有的0.17MPa增强到了84MPa。而即使是单纯水凝胶基质的弹性模量，也比FDA批准的用于肺的密封胶水Progel （42.1 kPa）高三倍之多。
图2 （d）弹性水凝胶基质；(e)复合底膜前后的力学测试
在多个离体组织上的模拟测试证明了LAP能够实现多种内脏组织创伤的粘附和封闭。（图3）
图3 LAP对多个软组织的粘附和创伤封闭
通过大鼠皮下埋植的方法对LAP的生物安全性和原位巨噬细胞调控能力进行探索发现，在术后1-2周内，埋植LAP的组织周边M2型巨噬细胞的量占巨噬细胞总量的71.77%，而埋植医用胶水“氰基丙烯酸酯”的组织周边则出现了M0和M1型巨噬细胞的大量聚集，占总巨噬细胞数的86.1%。这一结果证明了LAP及其代谢产物具有良好的生物安全性，并且能够创造出适合组织再生的免疫微环境。（图4）
图4 LAP的生物相容性和巨噬细胞调控性能研究
最后，研究人员在新西兰大白兔的胃穿孔模型上对LAP的组织修复能力进行了验证。术后两周进行收样观察，施用了LAP的胃部无赘生物形成、伤口完全闭合。组织学切片染色证明LAP实现了胃组织的全层功能性修复，规避了传统缝合带来的二次创伤，克服了采用了生物安全性差的合成材料进行伤口封闭所造成的“封而不修”的缺点。(图5)
图5 LAP对兔胃穿刺伤口的封闭和修复
浙江大学2020级博士生朱秋文为本文的第一作者，特聘副研究员洪逸为共同一作。通讯作者为浙江大学欧阳宏伟教授和浙江大学附属第一医院中心实验室邹晓晖教授。本研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。