使用大鼠腹壁切口疝模型，研究BMSCs（骨髓间充质干细胞）包覆的PLGA/I型胶原复合网片在腹腔内层网片修复中的应用

《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：Application of BMSCs-coated PLGA/type I collagen composite mesh in intraperitoneal onlay mesh repair using a rat ventral incisional hernia model

切口疝修复中生物活性复合网的开发及其机制研究。本研究通过构建聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）-I型胶原-骨髓间充质干细胞（BMSCs）复合网，显著改善疝修补材料的抗粘连性能与组织再生能力。实验表明，该复合网可使炎症细胞浸润减少73.3%，血管新生密度提升2.2倍，且降解速率与组织再生同步匹配（10% PLGA维持20周结构完整）。创新性地将生物材料PLGA与细胞治疗BMSCs结合，通过TGF-β1/Smad3信号通路调控，有效抑制纤维化并促进胶原有序沉积，为主动再生型疝修补材料提供新方案。

　　本研究旨在解决腹壁切口疝修复中合成材料的局限性，开发一种具有生物活性的复合补片材料，结合聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）、I型胶原蛋白和骨髓间充质干细胞（BMSCs）。这种新型材料的引入，不仅提升了生物相容性，还通过细胞负载实现了组织再生功能，为腹壁切口疝的治疗提供了更全面的解决方案。传统补片材料在长期使用中可能引发严重的组织反应，例如慢性炎症、纤维化以及内脏粘连等问题，这些都会影响修复效果并增加二次手术的风险。而本研究提出的PLGA-胶原蛋白-BMSCs复合补片，通过结构优化和功能增强，展现出更优越的抗粘连性能、减少炎症细胞浸润以及促进新生血管生成等优势，从而为未来疝修补材料的发展奠定了坚实的基础。

腹壁切口疝是一种常见的术后并发症，其发生与腹壁组织在手术创伤后的修复过程受损密切相关。当腹壁肌肉和筋膜未能有效愈合时，内脏器官或组织会在腹内压的作用下突出，形成疝囊。这一问题在临床上具有较高的发生率，全球范围内报道的发生率介于4%至10%之间。根据Clavien-Dindo手术并发症分级系统，腹壁切口疝被归类为IIIb级并发症，通常需要二次手术进行修复。该疾病的高发病率不仅加重了医疗负担，还对患者的生活质量产生显著影响。从病理机制来看，腹壁切口疝的形成涉及复杂的生物力学和生物学相互作用。手术创伤会引发局部炎症反应，导致胶原蛋白代谢失衡，表现为基质金属蛋白酶（MMP-2/MMP-9）活性增强和组织金属蛋白酶抑制剂（TIMP-1/TIMP-2）表达减少，最终造成细胞外基质（ECM）合成与降解的失衡。同时，持续的机械张力会激活TGF-β1/Smad3信号通路，促使成纤维细胞异常分化为肌成纤维细胞，进一步加剧纤维化和腹壁弹性丧失。这种“生物脆弱性”和“机械负荷”之间的恶性循环，导致传统缝合修复技术的失败率超过46%。因此，寻找一种能够同时满足机械支撑和组织再生需求的新型材料，成为当前疝修补研究的重要方向。

目前，指南推荐使用补片加强作为腹壁切口疝的标准治疗方法，这一策略基于循证医学的原则。其中，腹腔内补片（IPOM）技术因其符合解剖和生理重建的原理，被广泛应用于临床。IPOM的优点包括手术时间较短、组织剥离较少以及术后恢复较快。然而，该技术也面临挑战，因为补片需要直接暴露于腹腔内环境，因此必须具备足够的机械强度以承受腹壁的张力（通常超过32 N/cm），同时还要具有良好的生物相容性，以减少腹腔内粘连的发生。目前市面上的抗粘连补片，如Sepramesh?和Parietex?复合补片，通常通过羧甲基纤维素修饰的透明质酸（HA-CMC）、聚乙二醇（PEG）基凝胶或胶原蛋白涂层实现短期抗粘连效果。然而，这些材料在长期使用中可能会引发慢性异物反应，导致纤维化包裹、补片收缩、移位甚至侵蚀肠道或膀胱等器官。一项2019年的队列研究利用Herniamed数据库分析了9,907例病例，发现IPOM手术后的术后并发症发生率为5%，再手术率为2.1%。与开放性补片技术相比，IPOM的并发症发生率较低，但其再手术率较高，表明仍需进一步优化材料性能以提高修复效果。

为了应对上述挑战，本研究提出了一种创新性的补片设计策略，即通过功能化复合补片的构建，实现机械支撑与组织再生的双重作用。PLGA作为主要的机械支撑框架，通过真空冷冻干燥技术制备出具有三维多孔结构的支架，从而增强细胞附着和增殖能力。随后，I型胶原蛋白被用于修饰补片表面，以提高生物相容性，并促进胶原蛋白在补片上的稳定沉积。此外，BMSCs的负载进一步增强了补片的生物活性，使其能够通过旁分泌机制调控局部微环境，促进组织修复和再生。通过在大鼠腹壁切口疝模型中进行系统评估，研究者对补片的生物力学性能、组织整合效率、抗粘连效果以及降解兼容性进行了全面分析，旨在验证其在临床转化中的潜力。

在PLGA复合补片的制备过程中，研究团队首先通过真空干燥去除PLGA的残留水分，随后将其溶解于二氧六环溶液中，形成不同浓度（5%、10%、15%）的均匀溶液。通过磁力搅拌和超声处理确保PLGA的完全溶解，再将其倒入定制的聚四氟乙烯（PTFE）模具中，形成特定尺寸的支架。接着，通过液氮快速冷冻和深冷冻稳定冰晶结构，最终在真空冷冻干燥机中完成初级干燥和次级干燥，形成具有多孔结构的PLGA支架。为了进一步增强补片的生物活性，研究者将I型胶原蛋白与PLGA支架结合，并通过负压处理确保胶原蛋白均匀渗透到支架的孔隙中。随后，采用梯度干燥工艺，使支架表面形成稳定的复合结构。为了提升补片的机械稳定性，研究团队还引入了戊二醛蒸汽交联技术，使胶原蛋白在支架表面形成更紧密的结合。交联后的补片通过纳氏试剂法检测残留戊二醛含量，确认其低于0.2 μg/cm2。最后，通过环氧乙烷灭菌确保补片的无菌性，并通过无菌培养试验验证其生物安全性。

在生物相容性评估方面，研究者采用了Calcein-AM/PI双荧光染色法，对PLGA-胶原蛋白复合补片的细胞活性进行实时检测。结果显示，24小时后，PLGA-胶原蛋白补片表面均匀分布着高密度的绿色荧光信号，表明细胞附着良好，细胞存活率高达92.4% ± 3.8%。此外，CCK-8实验进一步验证了补片对BMSCs增殖的促进作用，其OD450值随时间呈现典型的S形增长曲线，第5天达到平台期，且与对照组（直接接种于培养皿的BMSCs）无显著差异（P = 0.0766）。这些结果表明，PLGA-胶原蛋白复合补片具有良好的生物相容性，符合ISO 10993-5规定的Grade 0细胞毒性标准。研究还指出，PLGA的浓度对补片的降解行为和机械性能具有显著影响，因此在后续实验中选择了10% PLGA组进行进一步研究。

在动物实验中，研究团队采用Sprague Dawley大鼠作为模型，通过中线纵向切口制造腹壁切口疝，并在术后12周对不同补片组进行评估。结果显示，PLGA-胶原蛋白-BMSCs复合补片在组织整合和抗粘连方面表现出显著优势。在宏观层面，该补片与腹壁组织紧密结合，形成类似腹膜的新生组织层，从而有效减少了严重粘连（Nair等级3）的发生率，将其从Sepramesh?组的33.3%降至0%。在微观层面，通过H&E染色和Masson’s三色染色分析，研究者发现该补片组的炎症细胞浸润密度显著降低，仅为Sepramesh?组的26.7%（p < 0.001），并且在胶原蛋白排列和新生血管生成方面表现出更优的组织修复效果。具体而言，PLGA-胶原蛋白-BMSCs补片的胶原蛋白沉积呈现高度有序的束状结构，与腹壁肌肉的机械传导方向一致，有助于减少补片边缘的机械撕裂风险。此外，该补片组的新生血管密度达到15.6 ± 2.7条/HPF，是PLGA-胶原蛋白组（7.0 ± 2.9条/HPF）的2.2倍，且显著高于商业补片（Sepramesh?为6.6 ± 3.2条/HPF，Parietex?为7.4 ± 2.3条/HPF）。这些数据表明，PLGA-胶原蛋白-BMSCs复合补片不仅能够有效减少炎症反应，还能促进胶原蛋白的有序沉积和新生血管的形成，从而改善组织修复质量。

从机制角度来看，BMSCs的引入对补片的生物活性产生了深远影响。一方面，BMSCs能够通过分泌抗炎因子（如IL-10和TGF-β3）抑制巨噬细胞向M1型极化，从而减少慢性炎症反应，改变异物反应的性质，使其从炎症状态向修复状态转化。另一方面，BMSCs能够通过旁分泌机制调控TGF-β1/Smad3信号通路，抑制成纤维细胞的过度激活，减少病理瘢痕的形成。这些调控作用通过miR-29b和miR-210等调节分子的释放实现，进一步促进了组织的再生能力。此外，BMSCs还能通过促进毛细血管生成，为组织修复提供必要的氧气、营养物质、特定激素和生长因子，从而优化局部微环境，提升修复效率。Masson’s三色染色结果显示，PLGA-胶原蛋白-BMSCs补片组的胶原蛋白排列方向与腹壁肌肉的机械传导方向一致，这种结构特性可能有助于分散局部应力，提高补片的稳定性。

尽管本研究取得了显著成果，但仍存在一些局限性。首先，大鼠模型中的腹内压仅为0至5 mmHg，远低于人类的腹内压水平，这可能导致对补片长期机械性能的评估存在偏差。随着PLGA的降解，其机械强度会发生变化，因此在实际应用中需要进一步研究其在不同压力环境下的动态性能。其次，BMSCs的旁分泌机制及其与宿主免疫细胞的相互作用仍需通过单细胞测序等技术进行深入分析，以明确其在组织修复中的具体作用。此外，本研究未对BMSCs在3D PLGA支架上的分化能力和功能表达进行定量分析，因此未来需要结合体外实验进一步验证其生物活性。最后，补片降解产物对局部pH值的影响尚未进行定量评估，这可能会影响腹膜的完整性，进而影响修复效果。因此，未来的研究应聚焦于开发大型动物模型（如猪模型）并进行多中心随机对照试验，以进一步验证该材料在临床中的应用潜力。

综上所述，PLGA-胶原蛋白-BMSCs复合补片为腹壁切口疝的修复提供了一种创新的解决方案。该补片通过结构仿生设计、功能激活和降解适应性，实现了机械支撑与组织再生的双重目标。其核心价值在于将传统的被动修复模式转变为具有主动修复能力的生物材料应用，为下一代智能疝修补材料的研发奠定了理论和技术基础。未来，随着对材料性能的进一步优化和临床试验的推进，PLGA-胶原蛋白-BMSCs复合补片有望成为腹壁切口疝治疗领域的重要突破，为患者提供更安全、有效的修复方案。