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  近年來，劉文廣教授團(tuán)隊在氫鍵型超分子聚合物水凝膠研究領(lǐng)域取得了系列成果，開發(fā)了基于雙酰胺結(jié)構(gòu)的聚(N-丙烯酰基甘氨酰胺)(PNAGA)水凝膠，側(cè)鏈雙酰胺基團(tuán)間形成的穩(wěn)定的氫鍵微區(qū)，賦予水凝膠優(yōu)異的力學(xué)性能（Adv Mater 2015, 27, 3566）。通過改變側(cè)鏈末端基團(tuán)、酰胺鍵間隔基，可方便創(chuàng)建黏附、高強(qiáng)高剛性水凝膠（Adv Funct Mater 2018, 28, 1804925; Mater Horiz 2020, 7, 1160）。簡而言之，NAGA結(jié)構(gòu)的微小變化將會顯著影響超分子聚合物水凝膠的氫鍵作用和性能。

  最近，劉文廣教授團(tuán)隊發(fā)展了一種新的NAGA變體結(jié)構(gòu)：設(shè)計了一種N-丙烯酰基丙氨酰胺（NAAA）單體，它與NAGA具有十分相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，僅是在雙酰胺間額外引入一個亞甲基。一定濃度的NAAA單體水溶液進(jìn)行自由基聚合即可制備超分子PNAAA水凝膠。額外亞甲基的引入明顯削弱了雙酰胺間的氫鍵相互作用，提高了聚合物鏈的親水性，PNAAA水凝膠變得極為柔軟，具有可注射性和自融合性能。此外，該水凝膠顯示優(yōu)良的抗蛋白吸附和細(xì)胞黏附能力（圖1）。變溫紅外和模擬計算揭示了氫鍵減弱機(jī)制。將PNAAA水凝膠反復(fù)從注射器擠出成膏狀物，這種膏狀物具有自融合性，相比于原始PNAAA水凝膠，自融合PNAAA水凝膠更易涂覆到傷口。

圖1 a) PNAAA水凝膠結(jié)構(gòu)及應(yīng)用示意圖；b) 自融合PNAAA水凝膠照片；c) PNAAA水凝膠的交替應(yīng)變掃描曲線；d) PNAAA水凝膠的剪切變稀行為；e) PNAAA水凝膠表面對L929細(xì)胞抗黏附情況

  腹腔黏連是一種常見的腹部手術(shù)并發(fā)癥，即使目前流行的腹腔鏡手術(shù)也存在發(fā)生黏連的風(fēng)險。腹腔黏連可引起慢性腹痛、腸梗阻、女性不育等嚴(yán)重問題。對于已經(jīng)形成的黏連，只能采用二次手術(shù)（黏連松解術(shù)）機(jī)械剝離黏連組織，但若未經(jīng)治療仍然會引起黏連復(fù)發(fā)，復(fù)發(fā)率高達(dá)80%以上。腹腔黏連的形成與早期傷口處纖維蛋白吸附，成纖維細(xì)胞的浸潤、增殖以及膠原蛋白的沉積密切相關(guān)，而且炎癥反應(yīng)也會促進(jìn)黏連的形成。自融合PNAAA水凝膠具有良好的可注射性和防污性能，因此非常適于作為防黏連屏障材料，它不僅可起到物理屏障作用，還能有效阻止纖維蛋白吸附和成纖維細(xì)胞的黏附，從而在早期抑制黏連的發(fā)生。

  劉文廣教授團(tuán)隊與西安交通大學(xué)王珂副教授課題組合作開展了術(shù)后防黏連研究，構(gòu)建了大鼠盲腸磨損-腹壁缺損模型和黏連松解手術(shù)后的二次黏連模型，評估了自融合PNAAA水凝膠的防黏連功效。在兩種動物模型中，施用自融合PNAAA水凝膠后的大鼠不僅沒有發(fā)生黏連，而且傷口基本完全愈合，其抗黏連效果優(yōu)于目前臨床使用的透明質(zhì)酸鈉水凝膠（圖2）。通過分子機(jī)制研究揭示，自融合PNAAA水凝膠能顯著降低p65蛋白、Smad3蛋白表達(dá)水平，提高Smad7蛋白的水平，有效抑制NF-κB和TGF-β1/Smad信號通路，從而下調(diào)了促炎因子TNF-α和纖維化因子TGF-β1水平，減輕了炎癥和纖維化。同時，還能提高t-PA（促進(jìn)纖維蛋白溶解）表達(dá)水平，降低PAI-1（t-PA的抑制劑）表達(dá)水平，調(diào)控體內(nèi)纖溶系統(tǒng)平衡，促進(jìn)纖維蛋白的降解，有效地預(yù)防黏連的形成（圖3）。

圖2 a) 自融合PNAAA水凝膠的術(shù)后防黏連的照片；b) p65蛋白、TGF-β1、Smad3蛋白及Smad7蛋白的表達(dá)水平；c) TNF-α在黏連組織或相關(guān)腹壁組織處的mRNA表達(dá)水平及其在血清中的濃度；d) TGF-β1在黏連組織或相關(guān)腹壁組織處的mRNA表達(dá)水平及其在血清中的濃度；e) PAI-1在黏連組織或相關(guān)腹壁組織處的mRNA表達(dá)水平及其在血清中的濃度；f) t-PA在黏連組織或相關(guān)腹壁組織處的mRNA表達(dá)水平及其在血清中的濃度

圖3 自融合PNAAA水凝膠的防黏連分子機(jī)制示意圖

  該研究成果以“An Ultra-Soft Self-Fused Supramolecular Polymer Hydrogel for Completely Preventing Postoperative Tissue Adhesion”為題發(fā)表于Advanced Materials。天津大學(xué)材料學(xué)院碩士生于婧為論文第一作者，西安交通大學(xué)藥學(xué)院王珂副教授為共同第一作者，天津大學(xué)材料學(xué)院楊建海副教授為共同通訊作者，劉文廣教授為通訊作者。該項工作得到了國家自然科學(xué)重點基金（51733006）和國家重點研發(fā)計劃（2018YFA0703100）的資助。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202008395