酶控水凝胶延展膨胀技术实现无裂痕组织扩张

这篇开创性研究报道了一种新型互穿网络水凝胶INSURED（酶控延展膨胀水凝胶），通过可降解透明质酸（HA）网络与不可降解聚丙烯酸（PAAc）网络的协同作用，实现植入后延迟膨胀（extended swelling）。该技术突破传统水凝胶即时膨胀导致的缝合伤口开裂（dehiscence）难题，通过透明质酸酶（HYAL）注射精确控制膨胀启动时机与速率。理论模型证实其膨胀压力（σexpmax=74.75 kPa）既能满足组织扩张需求（临界压力3-30 kPa），又可避免机械损伤。动物实验证实其通过YAP1核转位介导表皮增厚（29.41±3.06 μm vs 对照13.84±0.48 μm），成功实现局部皮瓣移植。

　　

酶控延展膨胀水凝胶的设计原理

组织扩张术在修复烧伤、创伤等皮肤缺损中具有重要价值，但传统硅球囊扩张器需外接导管注水，而常规水凝胶又因植入后立即膨胀导致缝合伤口开裂。这项研究创新性地构建了互穿网络水凝胶INSURED，其HA网络通过物理缠结抑制PAAc网络溶胀，植入后维持结构稳定（GE态），待伤口愈合后注射HYAL降解HA网络，触发PAAc网络的"延展膨胀"（extended swelling）。FT-IR显示糖苷键（1050 cm^-1）随降解时间递减，而酰胺II带（1650 cm^-1）保持稳定，证实酶控选择性降解机制。

理论模型的精准预测

基于理想弹性体凝胶模型，研究团队建立了膨胀压力计算公式：σ_el=G(1-J^-2/3)。通过"充盈设计"（turgor design）测得最大膨胀压力74.75 kPa，远超皮肤扩张临界值（20 kPa）。值得注意的是，在去离子水中INSURED的膨胀比（Q）4天即达90.8，而在DPBS中因离子屏蔽效应需24天达Q=2.71，这种差异源于电解质环境对聚合物片段扩散速率的影响。

体内验证与生物机制

小鼠模型中，术后10天注射1500 IU HYAL（相当于临床溶栓剂量），使Q_{in vivo}达2.71，z向扩张156%。免疫荧光显示实验组YAP1核定位比例显著升高（N>C占比78.6%），驱动表皮增厚至对照组的2.13倍。释放的HA片段（降解度35.4%）通过上调TGF-β1和纤连蛋白促进细胞增殖，而互穿网络结构赋予材料优异的抗粘连性，便于术后取出。

临床转化潜力

该技术突破传统组织扩张器的三大瓶颈：①通过酶控延迟膨胀避免伤口开裂；②自适应形状免除外壳约束；③生物降解片段促进组织再生。未来可拓展为载药系统，结合YAP1信号通路调控，在再生医学领域展现广阔前景。研究团队特别指出，该凝胶在DPBS中的缓慢膨胀特性（t₉₅=24天）完美匹配临床伤口愈合周期，为精准医疗提供新范式。