机械自适应Janus水凝胶贴片通过组织粘附预防实现无瘢痕肌腱修复

针对肌腱损伤术后ECM（细胞外基质）生成紊乱和组织粘连形成的临床难题，研究人员开发了一种具有应变诱导结晶(SIC)特性的Janus动态水凝胶贴片(PCP)。该双层面贴片通过不对称粘附设计实现肌腱牢固粘附(CP层)与周围组织隔离(PU层)，结合机械应力响应性增强与抗炎双重机制，在SD大鼠模型中实现14天内无粘连的功能性肌腱再生，为负载组织修复提供创新解决方案。

　　

肌腱作为肌肉与骨骼间的力学传导纽带，其损伤修复一直是骨科领域的重大挑战。传统缝合手术虽能连接断裂端，却难以解决两个关键问题：一是缺乏机械刺激导致ECM（细胞外基质）重塑障碍，愈合肌腱力学性能仅恢复30-50%；二是术后高达75%病例发生肌腱-周围组织粘连，需二次手术松解。更棘手的是，局部炎症会通过NF-κB等通路加剧纤维化，形成永久性运动功能障碍。这些临床痛点呼唤既能提供动态力学支持、又能物理隔绝粘连的创新材料。

针对这一需求，国内研究团队在《Acta Biomaterialia》发表的研究中，开发出具有机械自适应特性的Janus水凝胶贴片PCP。该材料通过界面共聚技术构建双层结构：底层为含二氢咖啡酸(HCA)的壳聚糖(CS-HCA)/UPy-明胶/聚氨酯粘附层(CP)，通过氢键、π-π堆积等动态交联实现肌腱锚定；表层为预固化的光滑聚氨酯(PU)抗粘附层。研究采用SIC（应变诱导结晶）策略增强力学性能，通过SD大鼠跟腱模型验证其促愈效果，并利用转录组学解析抗炎机制。

关键技术方法

1. 界面共聚技术制备Janus结构：通过控制PU层预固化程度实现CP层原位凝胶化
2. SIC增强策略：机械载荷触发PU层形成取向结晶域，使拉伸强度提升3.8倍
3. 多模态粘附评估：采用lap-shear测试量化CP层对湿润肌腱的粘附强度(28.5 kPa)
4. 转录组分析：RNA-seq揭示HCA通过抑制NOD-like/TNF-α通路减轻炎症

材料表征结果
通过FTIR和XRD证实CP层成功整合HCA与UPy基团，形成动态交联网络。流变测试显示储能模量(G')在1-100Hz频率下保持稳定，损耗因子(tanδ)低于0.1，表明优异能量耗散能力。在300%应变下，PU层结晶度从12%升至34%，使断裂能达5200 J/m²，远超天然肌腱(1500-2000 J/m²)。

动物实验结果
SD大鼠跟腱缺损模型显示，PCP组术后3天即实现完全止血，14天时肌腱拉伸强度恢复至(45.3±3.2)MPa，与健康肌腱(48.1±2.7)MPa无统计学差异。组织学分析显示胶原纤维呈平行排列，I/III型胶原比达8.7（对照组仅4.2），且未见明显α-SMA⁺肌成纤维细胞浸润。Micro-CT证实PCP组粘连发生率仅8.3%，显著低于缝合组的66.7%。

分子机制解析
RNA-seq发现PCP显著下调TNF-α/NF-κB通路关键基因(如TNF-α、IL-6)，同时上调TGF-β3（抗瘢痕因子）表达3.2倍。免疫荧光显示PCP组巨噬细胞以M2型为主(CD206⁺/CD86⁺比值为5.1)，证实其通过免疫调节创造促再生微环境。

结论与意义
该研究开创性地将SIC效应引入Janus水凝胶设计，解决了动态力学适配与组织选择性粘附的兼容难题。PCP的三大创新点在于：① 机械响应性结晶域实现"越拉越强"特性，匹配肌腱动态负荷；② 不对称粘附界面同步实现ECM重塑引导与物理防粘连；③ HCA介导的免疫调控打破"炎症-纤维化"恶性循环。这种"材料主动参与愈合"的策略，为运动系统损伤修复提供了全新范式，具有重要临床转化价值。