哈佛医学院：纳米工程剪切水凝胶屏障预防术后腹部粘连

2. 与其他水凝胶系统相比，本文所制备的“纳米工程水凝胶”既可注射又可喷雾，这使其方便用于微创修复。

图1. 不同SNP配比的STHB的流变特性。(a) 不同SNP配比的STHB配方；(b) 粘度与剪切速率的关系；(c) 应变(strain)与储能模量(G’)的关系；(d) Tan(δ)与strain(%)的关系；(e) 在低(1%)和高(100%)strain的多个循环期间记录的G’。

STHB的可注射性能评估装置(图2a)。测试推注水凝胶所需的力(Force)随着时间呈线性增加，直到达到最大推注力平台(图2b)。测试评估了不同针尖直径注射器(18G, 23G, 27G)所需的注射力与不同SNP配比的关系，增加S N P的浓度和减少针尖直径会导致所需的注射力增加(图2c)。配备22G喷嘴的喷雾装置用来评估STHB的可喷雾性能(图2d-e)。在20 cm喷射距离下，不同SNP 配比的STHB喷雾总覆盖面积。随着SNP浓度增加，喷雾总覆盖面积减少(图2f)。捕获并量化喷雾覆盖的面积和平均斑点面积，SNP浓度增加会增加平均斑点面积(图2g-h)。

图2. STHB的可注射与可喷雾性能评估。(a) STHB的可注射性能评估装置；(b) 测量推注水凝胶所需的力(Force)以确定最大注射力平台，单位: 牛顿(N)；(c) 不同针尖直径注射器和不同SNP的浓度所需的最大推注力;(d) STHB的喷雾装置；(e) STHB的喷雾装置的喷射参数；(f) 在距离20 cm，喷射5 mL STHB后测量总喷雾面积；(g) 在距离20 cm处，喷射0.1 mL STHB后捕获并量化STHB的斑点分布；(h) 不同SNP浓度的STHB喷 雾后的平均斑点面积。

为了评估细胞粘附，将3T3细胞接种在适合细胞粘附的聚四氟乙烯(PTFE)涂层基底上(阳性对照)，并与接种在STHB表面上的细 胞进行比较(图3a)。24小时后，相对荧光值显示出不同SNP浓度组(5L, 8L, 10L)和对照组的细胞数量相似，加入PEO后(5L3P, 8L3P, 10L3P)，细胞的数量均减少(图3b)。通过F-肌动蛋白荧光标记进行3T3细胞的单细胞分析(纵横比和形态)。荧光照片显示 接种在PTFE对照和仅有SNP(5L, 8L, 10L)的STHB，细胞具有正常的细胞粘附和伪足扩展。相比之下，当细胞接种在含有3 wt% PEO (5L3P, 8L3P, 10L3P)的STHB上时，细胞形态是球形的，因为细胞无法附着在水凝胶表面(图3c)。量化单个3T3细胞的纵横比以了解细胞粘附和扩增。对照组和仅含SNP组中的细胞呈现出一组不同的纵横比，因为单个附着的细胞通常由于独特的伪足扩张而形状不同(图3d)。

图3. STHB的体外防止细胞粘连评估。(a) 测试接种在STHB表面的3T3成纤维细胞的粘附和形态特征的示意图；(b) 通过使用相对荧光单位来评估3T3细胞的细胞活力；(c) 不同方式处理后3T3细胞的细胞形态特征的代表性荧光照片；(d) 量化(c)中3T3细胞的细胞面积和纵横比来分析细胞形态。

为了研究STHB在体内预防术后粘连的形成，使用了八个缺血腹膜的腹膜损伤大鼠模型(图4a)。腹膜粘连指数(PAI)用作评分系统，根据血管化、厚度、强度和损伤等几种形态特征对粘连进行分级(图4b)。测试分成五组，分别为：1) control组；2) 商品化Seprafilm®组；3) 5L3P组；4) 8L3P组；5) 10L3P组。可以观察到手术产生的腹膜缺血(图4c)。在给药过程中，STHBs形成了坚固的涂层，能够正确粘附并保留在组织中。14天后处死动物，分析组织。在control组中，发现粘连附着在缺血部位及其周围。Seprafilm®、5L3P和8L3P组具有较低的粘连等级，而10L3P组没有出现任何可观察到的粘连(图4d)。随后，对各组的8个缺血部位的粘连形成进行评分(图4e)，对8个缺血部位的粘连形成百分比(每个部位占比12.5%)进行评估(图4f)，最后计算4个实验组中减少的粘连形成百分比与control组的粘连形成百分比进行比较(图4g)。表明具有较高机械强度的STHB呈现较少的粘连形成，其中强度最高的STHB (10L3P)提供了有效的屏障来抑制细胞浸润和纤维化粘连的形成。

图4. STHB的体内预防术后粘连评估。(a) 大鼠腹膜粘连模型构建的示意图；(b) 腹膜粘连指数(PAI)用于对术后粘连形成进行分级；(c) 各组在腹膜缺血部位上递送，黑色箭头表示缺血部位和药物递送部位；(d) 14天后，重新打开切口观察粘连形成，黑色箭头表示术后粘连；(e) 使用PAI评分系统来计算平均粘连评分；(f) 每只大鼠8个缺血部位的粘连形成(%)；(g) 4个实验组减少的粘连(%)与control组形成的粘连(%)的比较。各实验组的老鼠只数n=5。