AbMole模塊化刺激響應水凝膠：開啟胃腸道滲漏防治新篇章

AbMole|模塊化刺激響應水凝膠：開啟胃腸道滲漏防治新篇章每年全球約有1400萬人接受腹部手術，這些手術在挽救生命的同時也存在風險，其中吻合口瘺是腹部手術后最可怕的并發(fā)癥之一，目前臨床上對于胃腸道吻合口瘺的早期檢測仍然具有挑戰(zhàn)性。來自蘇黎世聯(lián)邦理工學院機械與工藝工程系納米粒子系統(tǒng)工程實驗室的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，研究人員使用了購自AbMole的N-acryloylglycinamide（目錄號M9665）。文章介紹了一種新型的胃腸道滲漏檢測水凝膠密封劑，該密封劑具有模塊化設計，能夠整合治療和監(jiān)測元素，通過實驗驗證了其在組織粘附、滲漏檢測和密封等方面的性能。1.胃腸道吻合口瘺貼片的設計與制備貼片組成與結構：該貼片由不粘背襯（PNHEA）、粘性縫合支撐層（PAMPS）和傳感元件組成，通過相互貫穿的網絡（mIPN）技術附著在組織上，能夠檢測和遏制滲漏。其中，傳感元件包括酶響應性可消化的充氣蛋白結構（如來自鹽生鹽桿菌的氣泡囊）和pH響應性的碳酸氫鈉，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，在貼片應用于組織后，錨定單體溶液中的成分會形成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期牢固粘附和避免滲漏。圖1：智能密封膠貼片設計。2.組織粘附性能測試粘附能量測量：使用T-剝離裝置測量附著貼片的粘附能量，結果表明該貼片在結腸和胃組織上的粘附能量更高，且從非粘性側表現(xiàn)出最小的粘附性能，說明該密封劑技術適用于解決腹腔內多個組織的滲漏問題，且對相鄰組織的相互作用最小。拉伸性能測試：對開發(fā)的分層水凝膠系統(tǒng)進行拉伸測試，結果表明PAMPS支撐層具有高延展性和柔軟性，與PNHEA背襯結合后，在使用PNAGAmIPN附著貼片后，拉伸強度得到顯著增強，且在各種消化液中孵育24小時后仍能保持較高的拉伸強度，說明mIPN在淺表組織層中起到了強大的錨定作用。mIPN的表征：通過傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和拉曼光譜顯微鏡對mIPN進行表征，結果表明PNAGA網絡貫穿了PAMPS支撐層，并延伸到組織中，證明了mIPN的互穿和橋接特性，以及網絡-組織穿透深度與先前描述的粘附能量之間的良好相關性。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）對密封劑貼片橫截面進行觀察，結果表明各層和不同隔室之間無縫連接，沒有可見的空隙、裂紋或其他弱點。協(xié)同行為測試：通過使用1g貼片保護4mm孔免受7g模擬腸道流體泄漏的實驗，展示了PAMPS層的動態(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構，起到非粘性密封劑的作用。膨脹性能測試：研究了PAMPS支撐層、PNHEA背襯、PNAGAmIPN以及整個貼片在模擬腸道流體和其他生物流體中的膨脹性能，結果表明PAMPS在單獨存在時作為超吸收網絡起作用，當與PNAGA網絡結合時，膨脹總體上大大減少，同時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?；驊c大霉素。酶和pH響應性回聲傳感元件的性能：插入觸發(fā)響應性超聲探頭用于早期檢測滲漏體液，其中蛋白基氣泡囊（GVs）在消化后其回聲和光學信號會改變，導致信號強度降低；而pH響應性的TurnON傳感元件基于瓊脂和溶解的碳酸氫鈉，當與模擬胃液接觸時，碳酸氫鈉會轉化為CO?，產生可檢測的超聲散射變化。酶響應性TurnOFF傳感元件在1.5小時內被胰酶降解，而pH響應性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。圖3：治療元件和傳感。4.細胞和組織相容性測試細胞毒性和活力測試：使用乳酸脫氫酶（LDH）釋放和ATP依賴的CellTiterGlo測定來評估貼片與不同組織和細胞的相互作用，結果表明從合成到應用，制備的材料具有可忽略不計的細胞毒性，代謝活性較高。組織學分析：通過對豬胃、小腸和結腸組織進行蘇木精-伊紅（H&E）染色，結果表明水凝膠密封劑與每個組織的外層緊密聯(lián)鎖，與組織壁外部穩(wěn)定牢固結合，內部結構保持完整，與對照組相同，證明了其生物相容性和高組織粘附性。圖4：細胞和組織相容性。5.組織密封和粘附能力測試體外密封實驗：通過在最苛刻的條件下進行實驗，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，結果表明配備TurnOFF或TurnON傳感元件的密封劑貼片在長達24小時內的滲漏情況與無孔組織相當或更好，所有樣品在與消化液直接接觸24小時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-剝離實驗：在消化條件下進行的爆破壓力和額外的T-剝離實驗表明，在酶活性腸道流體接觸8小時后，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，粘附力值接近應用時的水平。此外，對于SGF和SIF條件，爆破壓力相似，且大大超過了天然腸道的最大爆破壓力。圖5：基于超聲的離體和體內泄漏檢測。6.滲漏密封和檢測能力的體外和體內演示體外超聲檢測：通過將裝載氣泡囊的貼片附著在豬小腸段上進行超聲檢查，結果表明貼片能夠立即被識別且與腸道區(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，結果表明對于TurnOFF傳感元件，在縫合線破裂（出現(xiàn)4mm孔）后3小時，傳感元件的特征模式開始消失，6小時時更明顯，表明腸道液體會在破裂后3小時內被檢測到，同時密封劑貼片有效防止了消化液的泄漏；對于pH響應性TurnON傳感元件，在與胃液接觸15分鐘后，傳感元件的激活信號清晰可辨。體內實驗：在仔豬模型中進行體內實驗，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，同時在對側放置參考貼片，結果表明仔豬在麻醉下休息2小時后，缺陷部位的超聲信號不再可辨，而對側水凝膠貼片正常，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肉眼辨別，與超聲觀察結果一致，證明了該傳感概念的可行性。組織學分析表明水凝膠牢固附著在組織漿膜上，沒有檢測到組織損傷或改變。綜上所述，本文