摘要
2018年4月份，浙江大學(xué)歐陽(yáng)宏偉教授團(tuán)隊(duì)在《ACS Biomaterials Science＆Engineering》上發(fā)表了一篇名為“Promotion of Hernia Repair with High-Strength, Flexible, and Bioresorbable Silk Fibroin Mesh in a Large Abdominal Hernia Model“的文章。文章開(kāi)發(fā)了一種用于疝修補(bǔ)術(shù)的絲素蛋白補(bǔ)片。
研究?jī)?nèi)容
由于合成手術(shù)補(bǔ)片機(jī)械強(qiáng)度不足、不可吸收和植入物剛性，在腹外疝修補(bǔ)術(shù)中易形成慢性炎性反應(yīng)和粘連等并發(fā)癥的情況。在這項(xiàng)研究中，通過(guò)針織工藝和生物化學(xué)操作，開(kāi)發(fā)了一種天然衍生的、高強(qiáng)度、柔性和可生物吸收的絲素蛋白補(bǔ)片。通過(guò)對(duì)不同表面涂層方式(熱處理或化學(xué)處理)和12種不同針織花型的試制，優(yōu)化了網(wǎng)片的力學(xué)性能。我們的絲素蛋白補(bǔ)片顯示出足夠的拉伸強(qiáng)度(縱向67.83 N ,垂向62.44 N)，可以提供腹壁疝修補(bǔ)所需的高機(jī)械強(qiáng)度( 16 N )。與常用的商業(yè)不可吸收和可吸收合成補(bǔ)片相比，所開(kāi)發(fā)的絲素蛋白補(bǔ)片具有其他補(bǔ)片無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，包括較低的伸長(zhǎng)率(縱向47.14 % ,縱向67.15 % , p < 0.001)、較低的剛度(低10 - 1000倍, p < 0.001)和較低的各向異性行為( λ = 0.32 , p < 0.001)。
在大鼠大型腹外疝修補(bǔ)術(shù)模型中，與對(duì)照補(bǔ)片相比，我們的補(bǔ)片促進(jìn)了有效的疝修補(bǔ)，慢性炎癥從術(shù)后15到60天逐漸減少，粘連形成率和評(píng)分也較低。與人工合成補(bǔ)片相比，絲素蛋白補(bǔ)片處理的修復(fù)組織中膠原沉積更豐富、更有組織性，新生血管更明顯。此外，絲素蛋白網(wǎng)片在植入后被生物吸收，逐漸將承重責(zé)任轉(zhuǎn)移到修復(fù)的宿主組織。其各向同性的架構(gòu)有利于操作期間的易用性。總之，我們的研究結(jié)果表明，使用針織絲素蛋白補(bǔ)片為大型腹外疝修補(bǔ)提供了一種安全有效的替代解決方案，因?yàn)樗朔伺c合成補(bǔ)片相關(guān)的普遍限制。
圖1 ( A )絲素蛋白網(wǎng)片和絲素蛋白溶液的制備過(guò)程示意圖。( B )絲素蛋白涂層法制備絲素蛋白增強(qiáng)網(wǎng)的工藝示意圖。采用熱處理( 60℃)和化學(xué)處理(飽和NaCl )。絲素網(wǎng)被設(shè)置為繃緊或放松配置，并采用不同的處理時(shí)間。評(píng)價(jià)不同涂層方法制備的絲素蛋白補(bǔ)片和絲素蛋白增強(qiáng)補(bǔ)片的( C )質(zhì)量、( D )拉伸強(qiáng)度和( E )縫線拔出強(qiáng)度。SF、絲素蛋白。* p < 0.05，* * p < 0.01，和* * * p < 0.001。ns =差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
圖2 圖中給出了12種不同編織方式的絲素網(wǎng)眼的大體形貌( insets )和顯微圖像。標(biāo)尺桿= 500 μ m。( B )從每種針織物的20個(gè)獨(dú)立孔隙中計(jì)算出不同針織物圖案的孔隙大小。評(píng)估了不同圖案的機(jī)械性能，包括( C )縱向拉伸強(qiáng)度，( D )縱向延伸率，( E )縱向和垂直方向的縫合線拔出強(qiáng)度，( F )縱向撕裂強(qiáng)度。* * p < 0.01和* * * p < 0.001。
圖3 ( A )普羅綸(聚丙烯長(zhǎng)絲和短纖維)、超普輕量型補(bǔ)片和絲素網(wǎng)的大體形態(tài)。標(biāo)尺桿= 1 mm。( B ) L929成纖維細(xì)胞在3種不同網(wǎng)格上培養(yǎng)4 d后的熒光顯微圖像。細(xì)胞核為藍(lán)色( DAPI )，F(xiàn) - actin為綠色( ( 488標(biāo)記的鬼筆環(huán)肽) )。標(biāo)尺桿= 50 μ m。( C )從每組20個(gè)獨(dú)立的孔隙中計(jì)算出不同網(wǎng)格的孔隙大小。( D )各組厚度。( E )各組密度。在橫向和縱向兩個(gè)方向上評(píng)估不同補(bǔ)片的機(jī)械性能，包括( F )拉伸強(qiáng)度，( G )縫合線拔出強(qiáng)度，( H )撕裂阻力，( I )延伸率，( J )彎曲剛度和( K )彎曲模量。* p < 0.05，* * p < 0.01和* * * p < 0.01，* * * * p <0.001。
圖4 ( A )通過(guò)切除包括筋膜、肌肉和腹膜在內(nèi)的整個(gè)組織，在大鼠腹壁上制造1.5 × 2.5 cm2的巨大全層腹壁疝缺損。( B )然后用普羅綸(聚丙烯長(zhǎng)絲和短纖維)、超普輕量型補(bǔ)片和絲素蛋白補(bǔ)片處理。(三)術(shù)后15、30、60天對(duì)普羅綸(聚丙烯長(zhǎng)絲和短纖維)、超普輕量型補(bǔ)片和絲素網(wǎng)片上代表性修復(fù)部位和粘連部位進(jìn)行拍照。( D )各組黏附形成率。( E )各組粘連評(píng)分( 0 ~ 4分)，* p < 0.05，* * p < 0.01，* * * p < 0.001。
圖5 ( A )術(shù)后15、30、60 d，普羅綸(聚丙烯長(zhǎng)絲和短纖維)、超普輕量型補(bǔ)片及絲素網(wǎng)片修補(bǔ)腹外疝缺損的HE染色。標(biāo)尺桿= 50 μ m。M =網(wǎng)狀，箭頭=多核巨細(xì)胞，箭頭=血管。( B )各組炎癥評(píng)分( 0 ~ 4分)。( C )各組修復(fù)組織中血管的定量。( D ) HPF Masson三色染色圖像顯示絲素網(wǎng)處理的缺損中的小動(dòng)脈和小靜脈。Scale bar = 50 μ m。* p < 0.05，* * p < 0.01，和* * * p < 0.001。
圖6 (一)普羅綸(聚丙烯長(zhǎng)絲和短纖維)、超普輕量型補(bǔ)片和絲素蛋白補(bǔ)片修補(bǔ)腹壁疝缺損術(shù)后15、30、60天的Masson ' s三色染色。標(biāo)尺桿= 500 μ m。M =網(wǎng)孔，C =膠原蛋白。( B )各組膠原組織評(píng)分( 0 ~ 3分)。( C )各組膠原含量評(píng)分( 0-3 )。* p < 0.05和* * p < 0.01。
圖7 ( A )普羅綸(聚丙烯長(zhǎng)絲和短纖維)、超普輕量型補(bǔ)片和絲素蛋白補(bǔ)片修補(bǔ)腹壁疝缺損后15、30、60天的抗張強(qiáng)度。( B )植入后第15、30、60天絲素網(wǎng)的平均纖維橫截面積。( C )由于支架降解和膠原沉積，從絲素網(wǎng)到自然修復(fù)組織的載荷轉(zhuǎn)移示意圖。該圖來(lái)源于修復(fù)組織的拉伸強(qiáng)度的變化和絲素網(wǎng)橫截面積的減小。
結(jié)論
綜上所述，我們的研究通過(guò)結(jié)合針織工藝和生物化學(xué)，開(kāi)發(fā)了一種天然來(lái)源的、高強(qiáng)度、柔性和可生物吸收的絲素蛋白補(bǔ)片，用于大型腹壁疝修補(bǔ)。由于其絲素蛋白生物材料來(lái)源、絲素蛋白表面涂層和獨(dú)特的經(jīng)編結(jié)構(gòu)，我們的網(wǎng)膜表現(xiàn)出足夠的機(jī)械強(qiáng)度、高柔韌性、優(yōu)異的生物相容性和適當(dāng)?shù)纳镂?。同時(shí)，該補(bǔ)片支持有效的組織長(zhǎng)入，最大限度地減少粘連形成，減少慢性異物反應(yīng)，并逐漸將承重責(zé)任轉(zhuǎn)移到修復(fù)的宿主組織，以促進(jìn)巨大腹外疝缺損的修復(fù)。其各向同性的架構(gòu)有利于操作期間的易用性。本研究中開(kāi)發(fā)的絲素蛋白補(bǔ)片顯示了克服當(dāng)前合成補(bǔ)片相關(guān)缺陷的潛力，從而為未來(lái)腹壁疝缺損的治療提供了一種有前途的替代方案。
原文鏈接：
http://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.7b00666
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