兼具雙面黏性和生物活性的多功能水凝膠

用于創(chuàng)傷愈合以及軟組織修復

●創(chuàng)新點

水凝膠是一種具有三維交聯(lián)網絡的生物醫(yī)用材料，既可以作為機體保護屏障防止細菌感染，又能為組織再生提供合適的微環(huán)境。對機體組織和植入物具有雙面黏性的水凝膠具有巨大的臨床應用潛力。一方面，對組織具有高黏合性的水凝膠可以把受損組織黏合在一起，防止因常規(guī)縫合引起的瘢痕組織形成。另一方面，對材料具有高黏合性的水凝膠可充當植入材料的生物相容性涂層，用于固定植入物、監(jiān)測人體活動以及避免術中或術后植入物的脫位。此外，具有一定生物活性并能加速組織再生的水凝膠不僅能促進細胞遷移、增殖和分化，還能促進創(chuàng)傷愈合過程中的血管形成，從而顯著縮短創(chuàng)面愈合時間，對創(chuàng)傷愈合以及軟組織修復具有重要意義。然而，獲得兼具雙面黏性和生物活性的多功能水凝膠仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。最近，中國科學院上海硅酸鹽研究所常江教授團隊發(fā)現一種被稱為生物玻璃（BG）的無機材料可以賦予水凝膠雙面黏性，幫助水凝膠牢固地黏附在組織受損部位以及植入物上。與傳統(tǒng)玻璃不同，生物玻璃具有更開放的硅酸鹽網絡，可釋放出多種離子，賦予水凝膠生物活性，促進組織再生，并同時抵抗機體免疫排斥反應。

●方法和結果

常江教授團隊首先通過對海藻酸鈉（SA）和γ-聚谷氨酸（γ-PGA）這兩種高分子材料進行改性，分別制備得到氧化海藻酸鈉（OSA）和己二酸二酰肼改性的γ-聚谷氨酸（ADH-γ-PGA），然后再將45S5生物玻璃加入氧化海藻酸鹽溶液中，制備出新型生物玻璃/氧化海藻酸鈉復合水凝膠。生物玻璃的多功能性賦予了水凝膠雙面黏性和生物活性。一方面，生物玻璃可通過提供堿性微環(huán)境，加速亞胺鍵的形成，促進氧化海藻酸鈉與周圍組織表面氨基形成鍵合，從而提高組織鍵合強度，增強水凝膠對組織的黏性。另一方面，生物玻璃釋放出大量鈣離子，后者能夠與水凝膠基質的羧基之間形成螯合，從而使水凝膠對植入材料具有黏性。此外，生物玻璃釋放出的硅離子還可以促進血管生成和組織再生，從而賦予復合水凝膠生物活性。動物實驗研究證實，這種新型多功能水凝膠可以用于傷口閉合和軟組織創(chuàng)傷愈合。

應用前景

近年來糖尿病發(fā)病率逐年攀升，該疾病所導致的難愈合性皮膚創(chuàng)傷修復與再生面臨巨大的挑戰(zhàn)。常江教授團隊將無機生物材料復合在天然水凝膠三維網絡中，制備得到的新型多功能水凝膠能夠促進創(chuàng)傷區(qū)域血管生成，顯著提高皮膚創(chuàng)面的愈合速度。該研究擴展了傳統(tǒng)生物陶瓷材料的應用范圍，在軟組織創(chuàng)傷修復應用領域具有良好的臨床轉化前景。