两性离子水凝胶的自引发聚合赋予其组织匹配和防污性能，用于乳腺残腔填充

《Biomaterials Advances》：Self-initiated polymerization of zwitterionic hydrogels enables tissue-matching and antifouling properties for breast residual cavity filling

　　

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  自发SBMA聚合无需引发剂或交联剂即可形成水凝胶。
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  液-液相分离驱动的单体微域实现了无引发剂的自自由基凝胶化。
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  水凝胶表现出与乳腺组织匹配的力学性能、自恢复性和抗疲劳性。
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  两性离子网络在体外抵抗蛋白质、细菌和细胞污染。
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  体内和体外测试初步表明用于乳腺残腔填充具有生物安全性。

引言

乳腺癌已成为全球女性中最常见的恶性肿瘤，给患者带来了巨大的临床和心理社会负担[1]。随着肿瘤治疗手段的进步和对美学效果的日益重视，保乳手术已逐渐取代全乳切除术，成为符合条件患者的首选手术方式[2]，[3]。然而，术后产生的组织缺损在大小和几何形状上因患者而异，这给后续的乳房重建带来了重大挑战。传统的重建方法，如自体组织皮瓣和脂肪移植，能够实现个体化的缺损修复，但需要获取健康组织，可能导致供区并发症、手术时间延长以及并发症风险增加[4]，[5]，[6]，[7]，[8]，[9]。基于假体的重建虽然避免了这些问题，但临床使用的大多数植入物是预成型的硅胶假体，具有固定的形状和尺寸（例如Mentor?和Motiva?），无法适应保乳手术腔隙的不规则几何形态，从而限制了实现完全缺损填充和满意美学效果的能力[10]，[11]，[12]。

水凝胶因其高度水合且柔软的聚合物网络、高含水量以及与天然软组织相当的力学和理化性能，已成为软组织修复与重建的有前景候选材料[13]，[14]，[15]，[16]。其固有的可塑性使其能够精确适应不规则的缺损几何形状，因此在个性化乳房重建中极具吸引力。然而，作为植入材料，水凝胶容易被宿主识别并触发异物反应，从而影响植入物的长期整合与稳定性[17]，[18]，[19]，[20]。

已探索多种策略来减轻异物反应，包括使用具有改善生物相容性的天然聚合物[14]，[21]，对合成聚合物进行化学修饰以引入生物惰性功能基团[22]，[23]，以及设计用于抑制宿主反应的天然-合成杂化聚合物体系[24]，[25]。在这些策略中，两性离子水凝胶因其在生理条件下具有优异的抗蛋白质吸附、抗细菌定植和抗细胞黏附性能而备受关注[26]，[27]，[28]。两性离子聚合物同时含有正电荷和负电荷基团，能与周围水分子强烈相互作用，形成致密稳定的水化层[29]，[30]。这些水化层作为物理和能量屏障，抑制生物分子、细胞与材料表面的直接接触，从而有效减少非特异性黏附并减轻异物反应[31]，[32]。尽管两性离子水凝胶具有优异的抗污染性能，但作为软组织植入物进行临床转化，还需要具备与周围组织匹配的力学性能，这对于维持植入物在身体运动和組織重塑过程中的稳定性至关重要。

目前，大多数两性离子水凝胶是使用外源性引发剂和化学交联剂来诱导聚合反应并构建三维网络的[29]，[30]，[33]。最近有报道称，高浓度的两性离子单体溶液（≥50 wt%）在自由水减少的条件下，由于两性离子单体间强烈的偶极-偶极相互作用，表现出独特的液-液相分离行为，可利用相分离与化学交联的协同效应制备力学性能优异的水凝胶[30]。然而，这种基于引发剂的传统策略面临两个主要限制。首先，残留的引发剂（如过硫酸盐和光引发剂）和交联剂（如N,N′-亚甲基双丙烯酰胺）可能引入潜在细胞毒性，且难以保证这些残留物完全去除，需要进行大量纯化，增加了制备复杂性并阻碍临床转化[32]，[34]。其次，化学交联网络通常表现出高交联密度，导致弹性模量显著高于天然乳腺组织。这种力学不匹配可能导致应力集中、患者不适以及植入物-组织界面的微动，进而引发慢性炎症和纤维囊形成[26]，[29]。虽然最近利用液-液相分离来增强化学交联两性离子水凝胶的力学强度[30]，但高浓度两性离子单体能否在无任何外源性引发剂或交联剂的情况下自发进行无引发剂凝胶化，仍未被探索，特别是针对与组织匹配的软组织植入应用。这种无引发剂策略不仅能消除对残留化学物质的担忧，而且通过物理而非化学交联，更容易获得与天然软组织相当的力学性能。因此，通过无引发剂聚合开发具有组织匹配力学性能的两性离子水凝胶，对于乳房重建应用极具价值。

在本研究中，我们报道了一类无添加两性离子磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯水凝胶（记为S_x），通过浓缩两性离子单体在无外源性引发剂或交联剂条件下自发聚合而成（图1）。所得水凝胶表现出与乳腺组织匹配的力学性能、优异的回弹性和抗疲劳性，以及有效抵抗蛋白质吸附、细菌黏附和细胞附着的固有抗污染性能。体外细胞相容性测试和大鼠皮下植入2周实验表明，水凝胶具有良好的生物相容性和初步生物安全性。本研究为构建无引发剂两性离子水凝胶提供了一种简单有效的策略，有望用于乳腺残腔填充及其他软组织植入应用。

章节片段

材料

[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵（SBMA）购自三家商业供应商，分别为阿拉丁化学有限公司、麦克林生化科技（上海）有限公司和梅耶尔生化科技（上海）有限公司，纯度分别为≥97%、98%和98%。2-羟乙基甲基丙烯酸酯（HEMA，96%）、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺（MBAA，99%）、过硫酸钾（KPS，99%）、N,N,N′,N′-四甲基乙二胺（TEMED，99%）

水凝胶制备与凝胶化机制

两性离子水凝胶因其固有的超亲水性而受到广泛研究，这使其具有优异的抗非特异性蛋白质吸附和抗异物反应能力。然而，传统水凝胶体系通常依赖外源性化学引发剂或交联剂，可能引入细胞毒性残留物并损害组织相容性。为解决这些局限性，我们通过简便的一锅法策略开发了一系列S_x水凝胶，其特点是完全

结论

在本工作中，我们通过高浓度SBMA单体的自发聚合开发了一类无添加两性离子水凝胶，其中液-液相分离驱动的富含单体微域的形成能够在无外源性引发剂或交联剂的情况下实现原位自由基生成和网络构建。与传统的化学引发和交联水凝胶相比，该策略避免了引入潜在毒性残留物，同时简化了

CRediT作者贡献声明

Ting Xu: 写作–初稿，方法学，调查，数据管理，概念化。Jing Jiang: 方法学。Wei Zhang: 方法学。Donghong Li: 方法学。Shuyan Chen: 方法学。Zhanqi Sun: 方法学。Ziyi Zhao: 方法学。Luyao Dai: 方法学。Rong Wang: 写作–审阅与编辑，监督，项目管理，经费获取，概念化。Xujun Li: 方法学，经费获取。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Xujun Li，Rong Wang，Ting Xu，Jing Jiang有专利申请提交至宁波市第二医院、宁波慈溪生物医学工程研究所和中国科学院宁波材料技术与工程研究所。其他作者声明无已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作得到宁波市医学重点学科建设项目（2026-A31和2022-B13）和宁波市重大研发计划项目（2025Z185）资助。

Ting Xu|Jing Jiang|Wei Zhang|Donghong Li|Shuyan Chen|Zhanqi Sun|Ziyi Zhao|Luyao Dai|Rong Wang|Xujun Li