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上海保圣质构仪助力四川大学李建树教授团队在《Small》发表文章

点击次数:172 更新时间:2024-04-29

消化性溃疡是一种常见的消化道胃酸损伤每年影响约400万人,并带有严重并发症的风险,常规药物治疗消化性溃疡及其相关并发症疗效有限,停留时间短,存在潜在的副作用。生物粘合剂水凝胶可以通过微创手术直达解剖位置,是一种很有前景的伤口管理生物材料但是目前只有少数合成可注射粘合剂水凝胶用于胃修复,并且存在材料不稳定、粘附性不牢固等特点。

为了解决这些问题,四川大学李建树教授团队在《Small》期刊(IF=13.3)上发表了题目为Natural Underwater Bioadhesive Offering Cohesion Modulation via Hydrogen Bond Disruptor: A Highly Injectable and in Vivo Stable Remedy for Gastric Ulcer Resolution "的文章DOI: 10.1002/smll.202307628)设计出一种可注射生物粘合剂来提供一种稳定的治疗胃溃疡的方法

文章中基于丝素和单宁酸之间的可控凝胶作用,开发了一种具有可调内聚力的天然生物粘合剂。通过加入氢键破坏剂(尿素或盐酸胍),使生物粘合剂内的固有网络受到干扰,诱导向流体状态过渡以顺利注入(注入力<5 N)。注射后,流体生物粘合剂全部润湿组织,而干扰物的快速扩散触发瞬时原位凝胶。这过程促进了形成的生物粘合剂具有持久的湿组织亲和力以及与胃组织协调的能力,从而持久保护溃疡愈合

1.制备方法

上海保圣质构仪助力四川大学李建树教授团队在《Small》发表文章

a)高注射性SFTA生物胶粘剂的制备工艺示意图。首先,SF溶液和TA溶液共同组装形成水凝胶生物粘合剂SFTA。随后,通过引入一种氢键破坏剂,即尿素或盐酸胍,SFTA的网络被破坏,导致形成高度可注射的SFT。在水环境中,由于氢键破坏剂的扩散,SFTA之间的相互作用恢复,导致水凝胶生物粘合剂的重组;b)胃内水凝胶生物胶粘剂的原位重组示意图,这一过程通过氢键中断物从高度注射的SFTA扩散到胃壁的潮湿组织而发生,使水凝胶能够在目标部位进行重组。

通过自组装丝素(SF单宁酸(TA制备了SFTA生物粘合剂,然后将其与氢键破坏剂混合,打破生物粘合剂内的氢键,得到一个流动的SFTA。选择尿素和盐酸胍作为氢键破坏剂,尿素介导的液体SFTA生物胶粘剂缩写为SFTA-USFTA-UA是指浸泡24h的重组胶粘剂。用盐酸胍制备的生物粘合剂缩写为SFTA-GSFTA-GASFTA-U1SFTA-U2SFTA-U3表示尿素与SFTA的质量比,分别为182838

2 实验结果

1 SFTA-U快速的水下附着力和优良的注射性

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a)SFTA-USFTA-UA制备过程的照片b)粘度的变化c)注射力随位移的变化d)16G针头对SFTASFTA-U1SFTA-U2SFTA-U3的最大注射力,n = 3e)浸水后的搭接剪切试验示意图f)不同尿素含量的SFTA-U在水中孵育130 min后的环状剪切强度,n = 3g)图片说明了SFTA-U在水下的快速粘附h)水下SFTA-U3D打印操作i)照片展示使用SFTA-U可以修复猪胃


使用窄针头(16 G)测试了注射能力,并且使用保圣质构仪测试注射力发现SFTA-U1的注射力(53 ± 3.18 N)显著低于SFTA但是当注射力大于64 N,材料不能手工注射,注射力38F64N时,手工注射也较费力,所以注射性能仍然需要完善SFTA-U2SFTA-U3具有较好的注射性,注射力小于5N(在小于12N的力下,材料可以很容易地手工注射),易于处理和应用于潜在的内镜手术。

2 SFTA-U自愈,低膨胀,可降解,易于储存的性质

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a)SFTA-UA水凝胶的流变特性从1%过渡到500%b) SFTA-UA可以承受较大的变形,拉伸后恢复原来的形状c)SFTASFTA-UA的膨胀比,m0表示原始准备的SFTA-UAm的重量s表示不同浸泡时间后SFTA-UA的重量,n=3d)SFTA-UAPBSAGJ中的降解曲线m0表示原始制备的SFTA-UA的重量,mt表示特定时间点的SFTA-UA的重量,n = 3e)SFTA-UA逐步降解的图片f) SFTA-U冻干粉(在室温下保存3m后,20 ± 2°C)与水混合,恢复到原始形态g)h)SFTA-UASFTA-UR的搭接抗剪切强度,n = 3

相对较短的保质期和严格的储存条件是蛋白质基水凝胶材料的常见问题,限制了其广泛的应用,因为水的存在增加了蛋白质变性和微生物暴露的风险。为了解决这些问题,通过风干法制备脱水的SFTA-U,然后在室温(20±2)下保存3m将其浸入适量的水中后,液体SFTA-U可以被回收(图f)。此外,浸泡在水中后,回收的SFTA-U可以在尿素扩散后再生成水凝胶生物粘合剂(SFTA-UR)。并且使用上海保圣质构仪测试注射力发现新鲜的SFTA-U和恢复的SFTA-U之间的注入力没有显著差异(图g。结果表明,SFTA-U可以方便地以脱水形式储存,减轻储存过程中对水的影响,有利于其运输和储存。

由以上实验结果可知研究人员提出了一种高度可注射的天然水凝胶生物粘合剂治疗消化性溃疡。通过引入氢键破坏分子来破坏水凝胶的网络,软固态的SFTA可以转化为流动的SFTA-U。在水环境中,SFTA-U可以通过氢键破坏剂分子的扩散转化为SFTA-UA,以恢复模量和粘附性生物粘合剂是使用天然成分,有效地减少了与合成化合物和化学反应相关的潜在风险。此外,抗拉强度高,自愈性能好,膨胀特性低,使SFTA-U成为治疗胃溃疡的优秀候选药物。








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