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上海交大陳玉潔/楊秩團隊《Adv. Healthc. Mater.》：適用于惡劣醫療環境的有機水凝膠

2023-07-15 來源：高分子科技

傳統水凝膠存在抗拉強度低、保水性差、防凍性差等固有缺陷。在組織工程中，一旦水凝膠失去水分或凍結，與組織間的相互作用界面將被硬化并破壞新生的肉芽組織。本論文基于“硬框架-軟滲透”的設計理念，通過將細菌纖維素和富含血小板的血漿（PRP）引入甘油/水二元溶劑滲透的聚-N-[三（羥甲基）甲基]丙烯酰胺（THMA）/N-丙烯酰天冬氨酸（AASP）混合有機凝膠網絡中，制備了一種粘附性有機水凝膠。所制備的有機水凝膠在低溫（-80 °C）下表現出優異的防凍性能，在開放環境中12天內表現出穩定的長期保水性（91%），并且通過“氫鍵團簇”的作用牢固地粘附在組織上。在體內，負載PRP的有機水凝膠可以釋放多種生長因子，通過膠原沉積和血管生成加速傷口愈合過程。總之，這種策略將延長水凝膠在一些惡劣醫療環境中的使用壽命。

近日，上海交通大學材料科學與工程學院陳玉潔副研究員和上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院楊秩副教授團隊在《Advanced Healthcare Materials》上發表題為“Platelet-rich Plasma Composite Organohydrogel with Water-locking and Anti-freezing to Accelerate Wound Healing”的原創性研究論文。文章的第一作者是上海交通大學材料科學與工程學院的博士生蔡超和上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院的博士生朱慧敏。該團隊針對傳統水凝膠在惡劣醫療環境下使用壽命短的問題，受自然界中耐寒動、植物的啟發，制備了一種抗凍、保濕的有機水凝膠，能夠實現傷口的快速愈合（圖1）。

圖1抗凍、保濕的有機水凝膠加速傷口愈合的示意圖

【抗凍、保濕效果評估】

如圖2A所示，有機水凝膠良好的防凍和鎖水性能主要歸因于水和甘油之間豐富的氫鍵相互作用，這破壞了零度下冰晶的形成，并使得游離水減少。我們評估了有機水凝膠在不同溫度、儲存條件下的應用潛力。首先，基于加權法對有機水凝膠的鎖水性能進行了評價。如圖2B所示，含甘油水凝膠在開放環境（溫度：26-33 °C）中儲存12天后，可保持其初始重量的91%以上。相反，不含甘油的水凝膠僅保持其初始重量的45%，并且放置12天后其體積也顯著收縮（圖2C）。如圖2D所示，由于樣品中的冰融化，無甘油水凝膠在≈0 °C表現出結晶尖峰作為其凝固點。隨著甘油含量的增加，有機水凝膠的冰點逐漸降低，表現出顯著的抗凍性。特別是，當甘油含量達到50 wt%時，在DSC曲線中沒有觀察到結晶峰，表明樣品在-80至20 °C的溫度范圍內表現出良好的抗凍穩定性。此外，從圖2E中可以直觀地看出，不含甘油的水凝膠顯著凍結。在-20 °C下儲存48小時后，含有甘油的水凝膠可以很容易地扭曲和拉伸，而不會出現斷裂現象。然而，不含甘油的水凝膠被冷凍硬化，且很容易斷裂。

圖2 （A）甘油和水之間的氫鍵可以提高有機水凝膠的防凍和保水能力。（B）在26–33°C下儲存12天后，含甘油和不含甘油水凝膠的失重圖。（C）含甘油和無甘油水凝膠在開放環境（26-33°C）中暴露8天后的照片。（D）不同甘油比例的水凝膠的DSC曲線。（E）拉伸和扭曲后，在-20°C下冷凍48小時的含有和不含有甘油的水凝膠的照片。

【體內傷口修復效果評估】

經過短時間的修復（10天），從圖3A中的照片可以看出，有機水凝膠+PRP組的傷口幾乎愈合，與其他兩組相比，有機水凝膠+PRP組的創傷直徑要小得多（圖3B）。組織學分析結果（圖3C，D）進一步顯示，有機水凝膠+PRP組膠原纖維更致密、組織更好，血管和毛囊更多，而其他兩組在傷口表面幾乎看不到新的毛囊結構，角蛋白愈合層較厚。

圖3 （A）大鼠的創傷模型和創傷修復的效果。（B）不同組創面的長度和表皮邊緣的厚度。（C、D）傷口組織的H&E和Masson染色及其放大視圖。*，p＜0.05。

詳細研究內容請見:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202301477

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（責任編輯：xu）

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