《Biomaterials》：Supramolecular nanogel aggregate as injectable regulatory barrier for preventing postoperative adhesion in diabetic colonic anastomosis
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摘要术后组织粘连，尤其是在结肠吻合术等肠道手术后，常常引发肠梗阻和慢性疼痛等严重并发症，而在糖尿病状态下这些情况会更严重。尽管屏障材料已有所发展，但要同时实现靶向定位、动态机械适应性、抗粘连效果以及生物调控功能仍然具有挑战性。在此，我们开发了一种可通过热敏感两性纳米凝胶的聚集诱导
摘要
术后组织粘连，尤其是在结肠吻合术等肠道手术后，常常引发肠梗阻和慢性疼痛等严重并发症，而在糖尿病状态下这些情况会更严重。尽管屏障材料已有所发展，但要同时实现靶向定位、动态机械适应性、抗粘连效果以及生物调控功能仍然具有挑战性。在此，我们开发了一种可通过热敏感两性纳米凝胶的聚集诱导凝胶化作用形成的可注射超分子聚集体屏障。这种聚集体具有较高的结构稳定性和动态机械性能，能够有效防止组织粘连，并适应不规则表面，从而形成稳定的、不易移位的屏障。研究表明，与市售抗粘连材料相比，这种超分子聚集体能够抑制成纤维细胞和细菌的黏附，调节局部炎症，在糖尿病大鼠的结肠吻合术模型中显著降低粘连程度。通过精确的分子工程设计，它解决了组织粘连与术后抗粘连之间的矛盾，同时还具备抗菌和免疫调节作用。这项工作为设计适用于复杂手术和代谢状况的先进抗粘连生物材料提供了有力策略。
引言
术后粘连是指在手术干预后，由于伤口愈合异常而在器官及其周围结构之间形成的异常纤维结缔组织[1]、[2]、[3]。在下腹部手术后，67-93%的患者会出现腹部粘连，这可能影响肠道蠕动，扰乱消化功能，甚至引发肠梗阻等危及生命的并发症[4]、[5]、[6]、[7]、[8]。由于葡萄糖代谢紊乱和氧化应激加剧，糖尿病患者面临更高的风险[9]、[10]、[11]。因此，临床上迫切需要有效的术后抗粘连治疗方法。
在损伤部位植入材料作为物理屏障，以隔离受损的组织表面，是预防术后粘连的最有希望的方法[12]、[13]、[14]、[15]、[16]。例如，经FDA批准的商用抗粘连膜Interceed（Ethicon）因其良好的生物相容性而被广泛使用。但在实际应用中，其编织结构容易受到血液干扰，且无法适应不规则表面，其黏附稳定性较差，往往会在术后因身体活动而发生位移，从而导致治疗失败[17]、[18]。基于两性离子聚合物的可注射聚合物溶液（如聚（羧基甜菜碱丙烯酰胺）[19]和聚（2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱）[20]）利用静电相互作用形成界面水合层，可阻止蛋白质和细胞的黏附，从而弥补了块状材料的不足[21]、[22]、[23]。这类溶液在不规则伤口和微创手术中的应用前景广阔。然而，现有的聚合物溶液缺乏机械强度，无法在处理部位保持结构完整性，这限制了它们的长期效果。为了解决内脏抗粘连与伤口黏附保持之间的矛盾，人们设计了具有黏附性底层和抗粘连性顶层的Janus水凝胶[24]、[25]、[26]。不过，这类水凝胶通常需要经过复杂且耗时的工艺制备，其不对称界面容易因应力而失效。此外，具有不可逆化学交联的块状水凝胶也难以适应复杂的伤口形状或组织的动态变化[27]、[28]、[29]。因此，开发一种具有均匀结构、组织黏附性及动态机械性能的可注射抗粘连材料，对于实现与组织的兼容性并提升抗粘连效果至关重要[30]、[31]、[32]、[33]。
此外，炎症反应也被认为是导致粘连形成的关键机制[34]、[35]、[36]。手术创伤会损害局部间皮细胞，同时减少组织纤溶酶原激活物的释放。与此同时，促炎性的M1型巨噬细胞会激活Rho通路，上调纤溶酶原激活物抑制剂-1的表达，打破纤溶平衡[37]、[38]。在巨噬细胞产生的TGF-β1等因子作用下，处于静息状态的成纤维细胞会转化为肌成纤维细胞，过度分泌纤维性胶原蛋白（I型和III型）以及纤连蛋白，进一步加重细胞外基质的沉积[39]。同时，基质金属蛋白酶与其抑制剂之间的失衡也会严重阻碍细胞外基质的降解[34]、[39]。这种合成与降解的失衡会促使纤维性瘢痕形成，最终发展为严重的粘连。因此，由于葡萄糖代谢紊乱和氧化应激加剧，糖尿病患者面临更高的风险[9]、[40]。此外，细菌感染还会加剧炎症，进一步增加风险[41]、[42]、[43]。因此，抗粘连策略不仅应起到物理屏障的作用，还应具备生物调控功能，以减轻炎症和感染[44]、[45]、[46]、[47]。总体而言，在机械适应性、组织黏附性、术后抗粘连能力以及炎症环境下的生物调控作用之间实现最佳平衡，仍是设计新一代抗粘连材料面临的重大挑战。
在此，我们报道了一种柔软、可注射且具有黏附性的超分子聚集体，可用于预防术后组织粘连并调节炎症微环境。该聚集体是以带有酚羟基的热敏感两性纳米凝胶作为构建单元制备而成的（见图1）。这种纳米凝胶是通过单锅沉淀聚合法，将N-异丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酰化精氨酸这两种单体聚合而成，之后再与多巴胺分子反应，根据其组成将其命名为TNGD。当温度升高超过体积相变温度时，TNGD纳米凝胶会发生热敏感相变，通过疏水相互作用、氢键以及静电吸引力的协同作用，聚集成凝胶态聚集体，这种热敏感聚集水凝胶被称为TAH。TAH的聚集行为可以通过调整纳米凝胶浓度、温度和pH值来控制。提高纳米凝胶浓度并延长加热时间，可以增强聚集体的机械强度。由于TAH内部存在多种超分子相互作用，因此它具有出色的可注射性和形状适应性。其中的酚羟基赋予了TAH组织黏附性及内在的抗炎功能，而其两性成分则能抑制成纤维细胞和细菌的黏附。在结肠吻合术的大鼠模型中，TAH有效改善了糖尿病患者的炎症微环境，显著降低了组织粘连的发生率和严重程度。
章节节选
热敏感两性纳米凝胶的合成
首先，根据先前文献中的改进方法[48]、[49]，制备了用于合成纳米凝胶的两性单体M-Arg。通过1H NMR、13C NMR以及高分辨率质谱分析（HRMS，ESI+）确认了M-Arg的化学结构（见图S1–S3）。随后，通过一步水相沉淀聚合法，利用NIPAM和M-Arg单体合成了初级热敏感纳米凝胶TNG。聚（N-异丙基丙烯酰胺）PNIPAM聚合物的相关研究已有报道
结论
总之，我们开发了一种基于热敏感两性纳米凝胶的超分子聚集体屏障，通过精确的化学修饰和温度诱导的相变，实现了可控的聚集凝胶化效应，可在炎症微环境中预防结肠吻合术后的术后粘连。通过热敏感相分离以及胍基和酚羟基介导的非共价相互作用，这些纳米凝胶能够聚集形成
材料与方法
材料： N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）、2,2’-偶氮双（2-甲基丙酰胺盐酸盐）（V-50）、十六烷基三甲基铵溴化物（CTAB）、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺（EDC）、N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）以及L-精氨酸（Arg）均购自Aladdin公司。甲基丙烯酸酐（MA）和多巴胺盐酸盐（DA）则购自Sigma-Aldrich公司。N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）和荧光素异硫氰酸酯（FITC）则购自Macklin公司。所有试剂均按
CRediT作者贡献说明
杨顺浦： 方法设计、实验研究、数据整理。 鲍泽宇： 实验研究、数据整理。 李春辉： 实验研究。 杨庆： 文章初稿撰写、实验研究。 陈云华： 文章审阅与编辑、研究指导、资源提供、方法设计、概念构思。 史学涛： 文章审阅与编辑、资源提供、概念构思。 余欢： 文章初稿撰写、实验研究、数据整理、概念构思
利益冲突声明
? 作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（编号：2022YFC2410104）、广东省基础与应用基础研究基金（编号：2025A1515010404）、广州市重点研发计划、2025年度农业与社会发展科技专项（编号：2025B03J0043）、材料与表面技术重点实验室、教育部（编号：xxx-2025-yb005）以及中央高校基本科研业务费（编号：2024ZYGXZR013）的资助。
Huan Yu|Qing Yang|Chunhui Li|Zeyu Bao|Shunpu Yang|Maohang Huang|Xuetao Shi|Yunhua Chen
中国华南理工大学材料科学与工程学院，广州510641
