基于微针贴片的钙通道阻滞剂局部递送策略预防腹部术后粘连的研究

《Cell Biomaterials》：Local microneedle delivery of calcium channel blockers for preventing abdominal adhesions

本研究针对腹部术后粘连这一临床难题，开发了一种装载盐酸贝普地尔的PLGA纳米颗粒的羧甲基纤维素/柠檬酸水凝胶微针贴片。通过局部递送钙通道阻滞剂调节腹膜间皮细胞钙信号，在大鼠模型中有效减轻炎症反应并降低粘连形成。该技术为临床预防术后粘连提供了具有转化潜力的新策略。

在腹部外科手术领域，术后粘连一直是个棘手的难题。这些隐藏在体内的"疤痕纽带"看似微不足道，却是导致慢性疼痛、肠梗阻甚至不孕的重要原因。尽管美国食品药品监督管理局(FDA)已批准一些防粘连产品，但它们大多局限于物理屏障功能，无法从根本上干预粘连形成的复杂生物学过程。

近年来研究发现，腹膜间皮细胞在术后粘连形成过程中扮演着关键角色。当手术造成组织损伤时，间皮细胞会启动一系列钙离子依赖的级联反应，最终导致纤维化瘢痕组织的形成。这一发现为开发新一代防粘连策略提供了重要线索——如果能精准调控局部组织的钙信号，或许能从根本上阻断粘连的形成通路。

在这一背景下，哥伦比亚大学Ke Cheng教授团队在《Cell Biomaterials》上发表了一项创新研究。他们成功设计了一种具有双重功能的水凝胶微针贴片，既能作为物理屏障隔离组织表面，又能作为药物递送系统局部释放钙通道阻滞剂。这种巧妙的设计使得药物能够直接作用于损伤部位，调节间皮细胞的钙信号通路，从而抑制炎症反应和纤维化进程。

研究团队采用了几项关键技术方法：首先通过热加工和离心技术制备CMC/CA水凝胶微针阵列；利用乳化-纳米沉淀法制备载药PLGA纳米颗粒；通过大鼠缺血按钮模型评估防粘连效果；采用细胞实验验证钙调控功能；运用多种表征手段分析材料性能。

设计并制备CMC/CA水凝胶微针贴片

研究人员首先开发了交联水凝胶网络的制备方法，使用羧甲基纤维素(CMC)和柠檬酸(CA)形成微针贴片的基础基质。微针呈圆锥形，高度600μm，基底直径300μm，通过热加工、真空和离心技术制备而成。这种设计不仅提供物理屏障层，还包含载药PLGA纳米颗粒的微针阵列，形成双重防护边界。

CMC/CA水凝胶微针具有高孔隙率、均匀性和优化的溶胀行为

扫描电子显微镜(SEM)显示，经过交联的60% CA/CMC水凝胶具有高度多孔且均匀的结构。流变学测试表明，60% CA/CMC配方表现出剪切稀化的非牛顿流体行为，其粘度分布既有利于稳定孔结构，又能实现均匀混合。溶胀比测试显示，60% CA/CMC样品在72小时内保持约0.3的溶胀比，兼具低平均孔径和最均匀的孔径分布。

成功交联CMC水凝胶

衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)分析在1710-1730cm^-1范围内检测到额外的峰，对应游离羧酸基团的羰基带和交联过程中形成的酯羰基带。X射线光电子能谱(XPS)分析显示，所有样品在加热过程后氧含量均减少，证实CMC成功交联。

微针贴片的摩擦特性促进锚定药物递送

微针结构设计显著增加了贴片植入后的摩擦力。摩擦测试表明，微针阵列的最大静摩擦力显著超过商业防粘连产品Seprafilm。单个微针的最大压缩力达到78.6±1.9mN，超过皮肤穿透所需的最小力50mN，证明其足够强度实现皮肤穿透和药物释放。

载盐酸贝普地尔的PLGA纳米颗粒实现最佳尺寸和表面电荷

通过乳化-纳米沉淀法制备的PLGA纳米颗粒，尺寸分布为200-400nm，zeta电位约为-37mV，表明纳米颗粒在水溶液中具有良好稳定性。药物负载/释放测定显示，在10μM浓度下封装效率达到31.5%±3.7%。体外钙调控实验证实，载药纳米颗粒能有效调节间皮细胞内钙浓度。

CMC/CA微针贴片的生物相容性和安全性

通过LIVE/DEAD?和MTT实验评估生物相容性，发现60% CA/CMC水凝胶与间皮细胞共培养7天内保持良好相容性。大鼠体内植入实验显示，微针贴片未引发显著宿主反应或主要器官副作用，证明其作为植入生物材料的安全性。

微针贴片展示优异的防粘连和免疫调节效果

在大鼠缺血按钮模型中，微针贴片显著降低术后粘连形成。组织学分析显示，与对照组相比，微针组纤维化面积显著减少。细胞因子阵列分析表明，微针贴片通过降低IL-7、IL-4、TNF-β、CD86等关键炎症细胞因子的表达，调节免疫反应。值得注意的是，血管内皮生长因子(VEGF)表达在贴片植入组显著降低，表明其可能通过抑制血管化来 disrupt纤维化进程。

该研究的创新之处在于将微针贴片技术与靶向钙信号通路的药物策略相结合，为术后粘连预防提供了新思路。与传统物理屏障相比，这种第二代防粘连材料不仅能隔离组织表面，还能主动干预粘连形成的生物学过程。由于PLGA和钙通道阻滞剂都是 commercially available，该技术具有显著的临床转化潜力。

研究也存在一定局限性，如实验模型仅能捕捉临床腹部粘连的部分特征，且未直接量化粘连组织中的细胞内钙水平。然而，通过体外钙成像结合体内CaM和CaMK基因表达分析，仍为钙调控机制提供了有力证据。

总之，这项研究成功开发了一种具有良好生物相容性和药物递送功能的CMC/CA水凝胶微针贴片，为预防术后粘连提供了创新解决方案。该技术不仅展示了优异的防粘连效果，还通过调节局部免疫反应和钙信号通路，为理解粘连形成的分子机制提供了新见解，具有重要的临床转化价值。