2022年第一篇Nature Biomedical Engineering，由院士团队打造！
奇物论
2022-01-05
我们中的许多人在体育活动中会突然损伤肌腱，或者是由于过度使用而导致的日常磨损。肌腱撕裂或拉伤（最常见的是跟腱、屈肌或肩袖肌腱）会导致持续疼痛，手术后需要很长时间才能愈合，尤其是老年人。因为将我们的肌肉连接到骨骼的亮白色绳索必须再生它们传递强大机械力的能力，从而使我们的关节能够移动。目前，迫切需要一种对于治疗肌腱损伤的更有效的疗法。尽管手术方法、新的移植疗法和更有效的康复取得了进步，但严重受伤的肌腱很少能恢复健康肌腱的结构完整性和机械强度，这往往给患者带来慢性负担。此外，尽管许多基于水凝胶的材料用于伤口敷料、组织修复和再生、医疗植入物、透皮药物递送和生物电子学，但没有一种材料表现出适当的粘合性能和肌腱应用所需的广泛多功能性。近日，哈佛大学DavidJ. Mooney院士、诺华生物医药研究所Eckhard Weber等人开发了一种新型的基于生物材料的肌腱疗法，解决了再生过程中的关键挑战。双面材料通过其一个专门设计的表面牢固地粘附在肌腱上，同时允许愈合肌腱通过其相反的机械坚韧但有弹性的表面正常滑动。重要的是，“Janus坚韧粘合剂”（Janus Tough Adhesive, JTA）也可以作为高容量药物库，缓慢地将小分子释放到肌腱组织中，以帮助促进愈合。研究人员在一系列与损伤相关的临床前肌腱模型中有力地证明了无药物和载药JTA版本的再生能力。成果发表在Nature Biomedical Engineering上。
JTA 的高机械韧性是使用双互穿水凝胶网络实现的，该网络结合了海藻酸钠水凝胶通过离子键解离耗散能量的能力，以及可在整个网络中分布应力的高弹性共价交联丙烯酰胺水凝胶。通过将富含胺的桥接聚合物壳聚糖单侧偶联到耗散性海藻酸盐丙烯酰胺水凝胶上来实现对组织的粘附。JTA 可将同时提供机械组织完整性和受控的空间和时间药物输送，用于治疗或预防肌腱损伤。该团队证明了JTA 与涂有血液的猪肌腱牢固结合，研究人员发现它们与不同类型的肌腱的结合比现有的组织粘合剂 TISSEEL、Dermabond 和 SurgiCel 更强。研究人员还在大鼠体内模型的髌骨、足屈肌和跟腱旁边植入了 JTA，并通过磁共振成像 (MRI) 和高频超声非侵入性地证实了它们的强肌腱粘连。为了证明 JTA 的弹性和弹性保护肌腱并使它们能够滑动，研究人员将它们连接到体外人类手的屈肌腱上，在数百个周期内伸展和弯曲手腕，没有发现磨损或分解的迹象。重要的是，当研究人员将 JTA 应用于破裂的大鼠髌腱时，它们在植入3周后仍保持原位并促进肌腱愈合。与没有用 JTA 治疗的手术修复肌腱相比，它们还减少了 25% 的疤痕形成。
由于炎症，疤痕通常伴随着愈合，并导致肌腱功能的长期丧失。研究人员使用大鼠髌骨损伤模型研究了皮质类固醇（一种抗炎模型药物）的作用，该药物被 JTA 包裹并以持续方式释放。使用最先进的成像技术和分子免疫分析，研究表明，在用负载皮质类固醇的 JTA 治疗的肌腱中，减少了炎症，还调节了趋化因子分泌，募集肌腱干细胞和祖细胞，并促进巨噬细胞极化为 M2 表型。
图|JTA 调节髌腱损伤大鼠模型的血管化和肌腱特性综上所述，本研究设计并表征了一种用于治疗和预防肌腱损伤复发的 JTA。因此，活性药物成分与JTA的组合有可能成为这种适应性治疗的有希望的途径，通过 JTA 控制药物成分的释放和活性，以更好地促进肌腱修复和再生。除了在体外研究其粘附特性外，JTA 还在多个肌腱模型中进行了原位和体内测试，突出了 JTA 的广泛用途及其在用作药物治疗的机械支撑和传递系统时的潜在优势。Freedman, B.R., Kuttler,A., Beckmann, N. et al. Enhanced tendon healing by a tough hydrogel with anadhesive side and high drug-loading capacity. Nat Biomed Eng (2022).https://doi.org/10.1038/s41551-021-00810-0
