AbMole模塊化刺激響應(yīng)水凝膠：開啟胃腸道滲漏防治新篇章

AbMole|模塊化刺激響應(yīng)水凝膠：開啟胃腸道滲漏防治新篇章每年全球約有1400萬(wàn)人接受腹部手術(shù)，這些手術(shù)在挽救生命的同時(shí)也存在風(fēng)險(xiǎn)，其中吻合口瘺是腹部手術(shù)后最可怕的并發(fā)癥之一，目前臨床上對(duì)于胃腸道吻合口瘺的早期檢測(cè)仍然具有挑戰(zhàn)性。來(lái)自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院機(jī)械與工藝工程系納米粒子系統(tǒng)工程實(shí)驗(yàn)室的AlexandreHCAnthis,MariaPauleneAbundo,AnnaLNeuer等多名研究人員發(fā)表了題為《Modularstimuli-responsivehydrogelsealantsforearlygastrointestinalleakdetectionandcontainment》的研究成果。在該文章中，研究人員使用了購(gòu)自AbMole的N-acryloylglycinamide（目錄號(hào)M9665）。文章介紹了一種新型的胃腸道滲漏檢測(cè)水凝膠密封劑，該密封劑具有模塊化設(shè)計(jì)，能夠整合治療和監(jiān)測(cè)元素，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其在組織粘附、滲漏檢測(cè)和密封等方面的性能。1.胃腸道吻合口瘺貼片的設(shè)計(jì)與制備貼片組成與結(jié)構(gòu)：該貼片由不粘背襯（PNHEA）、粘性縫合支撐層（PAMPS）和傳感元件組成，通過(guò)相互貫穿的網(wǎng)絡(luò)（mIPN）技術(shù)附著在組織上，能夠檢測(cè)和遏制滲漏。其中，傳感元件包括酶響應(yīng)性可消化的充氣蛋白結(jié)構(gòu)（如來(lái)自鹽生鹽桿菌的氣泡囊）和pH響應(yīng)性的碳酸氫鈉，分別用于TurnOFF和TurnON傳感。mIPN的作用：mIPN由33wt%的N-丙烯酰甘氨酰胺（NAGA）和可見光引發(fā)劑組成，在貼片應(yīng)用于組織后，錨定單體溶液中的成分會(huì)形成mIPN，將水凝膠貼片和組織連接在一起，確保貼片在組織上的長(zhǎng)期牢固粘附和避免滲漏。圖1：智能密封膠貼片設(shè)計(jì)。2.組織粘附性能測(cè)試粘附能量測(cè)量：使用T-剝離裝置測(cè)量附著貼片的粘附能量，結(jié)果表明該貼片在結(jié)腸和胃組織上的粘附能量更高，且從非粘性側(cè)表現(xiàn)出最小的粘附性能，說(shuō)明該密封劑技術(shù)適用于解決腹腔內(nèi)多個(gè)組織的滲漏問(wèn)題，且對(duì)相鄰組織的相互作用最小。拉伸性能測(cè)試：對(duì)開發(fā)的分層水凝膠系統(tǒng)進(jìn)行拉伸測(cè)試，結(jié)果表明PAMPS支撐層具有高延展性和柔軟性，與PNHEA背襯結(jié)合后，在使用PNAGAmIPN附著貼片后，拉伸強(qiáng)度得到顯著增強(qiáng)，且在各種消化液中孵育24小時(shí)后仍能保持較高的拉伸強(qiáng)度，說(shuō)明mIPN在淺表組織層中起到了強(qiáng)大的錨定作用。mIPN的表征：通過(guò)傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和拉曼光譜顯微鏡對(duì)mIPN進(jìn)行表征，結(jié)果表明PNAGA網(wǎng)絡(luò)貫穿了PAMPS支撐層，并延伸到組織中，證明了mIPN的互穿和橋接特性，以及網(wǎng)絡(luò)-組織穿透深度與先前描述的粘附能量之間的良好相關(guān)性。圖2：組織粘附和mIPN的表征。3.貼片層協(xié)同作用及在胃腸道流體中的性能貼片層的缺陷觀察：使用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)密封劑貼片橫截面進(jìn)行觀察，結(jié)果表明各層和不同隔室之間無(wú)縫連接，沒有可見的空隙、裂紋或其他弱點(diǎn)。協(xié)同行為測(cè)試：通過(guò)使用1g貼片保護(hù)4mm孔免受7g模擬腸道流體泄漏的實(shí)驗(yàn)，展示了PAMPS層的動(dòng)態(tài)行為，即吸收腸道流體并形成高度多孔的支撐接觸層，而背襯保持光滑和不變的結(jié)構(gòu)，起到非粘性密封劑的作用。膨脹性能測(cè)試：研究了PAMPS支撐層、PNHEA背襯、PNAGAmIPN以及整個(gè)貼片在模擬腸道流體和其他生物流體中的膨脹性能，結(jié)果表明PAMPS在單獨(dú)存在時(shí)作為超吸收網(wǎng)絡(luò)起作用，當(dāng)與PNAGA網(wǎng)絡(luò)結(jié)合時(shí)，膨脹總體上大大減少，同時(shí)保持了吸收生物流體和引入治療劑的能力，如抗菌的ZnO納米顆粒或慶大霉素。酶和pH響應(yīng)性回聲傳感元件的性能：插入觸發(fā)響應(yīng)性超聲探頭用于早期檢測(cè)滲漏體液，其中蛋白基氣泡囊（GVs）在消化后其回聲和光學(xué)信號(hào)會(huì)改變，導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度降低；而pH響應(yīng)性的TurnON傳感元件基于瓊脂和溶解的碳酸氫鈉，當(dāng)與模擬胃液接觸時(shí)，碳酸氫鈉會(huì)轉(zhuǎn)化為CO?，產(chǎn)生可檢測(cè)的超聲散射變化。酶響應(yīng)性TurnOFF傳感元件在1.5小時(shí)內(nèi)被胰酶降解，而pH響應(yīng)性TurnON傳感元件在與胃液接觸15分鐘后即可給出清晰可辨的信號(hào)。圖3：治療元件和傳感。4.細(xì)胞和組織相容性測(cè)試細(xì)胞毒性和活力測(cè)試：使用乳酸脫氫酶（LDH）釋放和ATP依賴的CellTiterGlo測(cè)定來(lái)評(píng)估貼片與不同組織和細(xì)胞的相互作用，結(jié)果表明從合成到應(yīng)用，制備的材料具有可忽略不計(jì)的細(xì)胞毒性，代謝活性較高。組織學(xué)分析：通過(guò)對(duì)豬胃、小腸和結(jié)腸組織進(jìn)行蘇木精-伊紅（H&E）染色，結(jié)果表明水凝膠密封劑與每個(gè)組織的外層緊密聯(lián)鎖，與組織壁外部穩(wěn)定牢固結(jié)合，內(nèi)部結(jié)構(gòu)保持完整，與對(duì)照組相同，證明了其生物相容性和高組織粘附性。圖4：細(xì)胞和組織相容性。5.組織密封和粘附能力測(cè)試體外密封實(shí)驗(yàn)：通過(guò)在最苛刻的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將帶有4mm孔的新鮮豬小腸用圓形分層貼片密封，并與模擬腸道流體、胃液和PBS等生物流體接觸，結(jié)果表明配備TurnOFF或TurnON傳感元件的密封劑貼片在長(zhǎng)達(dá)24小時(shí)內(nèi)的滲漏情況與無(wú)孔組織相當(dāng)或更好，所有樣品在與消化液直接接觸24小時(shí)后仍牢固附著在組織上，展示了高性能的粘附和密封能力。爆破壓力和T-剝離實(shí)驗(yàn)：在消化條件下進(jìn)行的爆破壓力和額外的T-剝離實(shí)驗(yàn)表明，在酶活性腸道流體接觸8小時(shí)后，粘附力至少保持其初始粘附力的50%，而在胃液（pH為2.0）的情況下，粘附力值接近應(yīng)用時(shí)的水平。此外，對(duì)于SGF和SIF條件，爆破壓力相似，且大大超過(guò)了天然腸道的最大爆破壓力。圖5：基于超聲的離體和體內(nèi)泄漏檢測(cè)。6.滲漏密封和檢測(cè)能力的體外和體內(nèi)演示體外超聲檢測(cè)：通過(guò)將裝載氣泡囊的貼片附著在豬小腸段上進(jìn)行超聲檢查，結(jié)果表明貼片能夠立即被識(shí)別且與腸道區(qū)分開。使用配備TurnOFF或TurnON傳感元件的分層貼片密封含有消化液的小腸組織段，模擬縫合線破裂的情況，結(jié)果表明對(duì)于TurnOFF傳感元件，在縫合線破裂（出現(xiàn)4mm孔）后3小時(shí)，傳感元件的特征模式開始消失，6小時(shí)時(shí)更明顯，表明腸道液體會(huì)在破裂后3小時(shí)內(nèi)被檢測(cè)到，同時(shí)密封劑貼片有效防止了消化液的泄漏；對(duì)于pH響應(yīng)性TurnON傳感元件，在與胃液接觸15分鐘后，傳感元件的激活信號(hào)清晰可辨。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)：在仔豬模型中進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，在小腸上創(chuàng)建4mm缺陷并使用TurnOFF圓形分層水凝膠貼片密封，同時(shí)在對(duì)側(cè)放置參考貼片，結(jié)果表明仔豬在麻醉下休息2小時(shí)后，缺陷部位的超聲信號(hào)不再可辨，而對(duì)側(cè)水凝膠貼片正常，打開腹腔后發(fā)現(xiàn)水凝膠密封劑牢固附著在腸道組織上，有效遏制了滲漏，且貼片中的傳感元件難以通過(guò)肉眼辨別，與超聲觀察結(jié)果一致，證明了該傳感概念的可行性。組織學(xué)分析表明水凝膠牢固附著在組織漿膜上，沒有檢測(cè)到組織損傷或改變。綜上所述，本文