兼具双面黏性和生物活性的多功能水凝胶

用于创伤愈合以及软组织修复

●创新点

水凝胶是一种具有三维交联网络的生物医用材料，既可以作为机体保护屏障防止细菌感染，又能为组织再生提供合适的微环境。对机体组织和植入物具有双面黏性的水凝胶具有巨大的临床应用潜力。一方面，对组织具有高黏合性的水凝胶可以把受损组织黏合在一起，防止因常规缝合引起的瘢痕组织形成。另一方面，对材料具有高黏合性的水凝胶可充当植入材料的生物相容性涂层，用于固定植入物、监测人体活动以及避免术中或术后植入物的脱位。此外，具有一定生物活性并能加速组织再生的水凝胶不仅能促进细胞迁移、增殖和分化，还能促进创伤愈合过程中的血管形成，从而显著缩短创面愈合时间，对创伤愈合以及软组织修复具有重要意义。然而，获得兼具双面黏性和生物活性的多功能水凝胶仍然面临巨大的挑战。最近，中国科学院上海硅酸盐研究所常江教授团队发现一种被称为生物玻璃（BG）的无机材料可以赋予水凝胶双面黏性，帮助水凝胶牢固地黏附在组织受损部位以及植入物上。与传统玻璃不同，生物玻璃具有更开放的硅酸盐网络，可释放出多种离子，赋予水凝胶生物活性，促进组织再生，并同时抵抗机体免疫排斥反应。

●方法和结果

常江教授团队首先通过对海藻酸钠（SA）和γ-聚谷氨酸（γ-PGA）这两种高分子材料进行改性，分别制备得到氧化海藻酸钠（OSA）和己二酸二酰肼改性的γ-聚谷氨酸（ADH-γ-PGA），然后再将45S5生物玻璃加入氧化海藻酸盐溶液中，制备出新型生物玻璃/氧化海藻酸钠复合水凝胶。生物玻璃的多功能性赋予了水凝胶双面黏性和生物活性。一方面，生物玻璃可通过提供碱性微环境，加速亚胺键的形成，促进氧化海藻酸钠与周围组织表面氨基形成键合，从而提高组织键合强度，增强水凝胶对组织的黏性。另一方面，生物玻璃释放出大量钙离子，后者能够与水凝胶基质的羧基之间形成螯合，从而使水凝胶对植入材料具有黏性。此外，生物玻璃释放出的硅离子还可以促进血管生成和组织再生，从而赋予复合水凝胶生物活性。动物实验研究证实，这种新型多功能水凝胶可以用于伤口闭合和软组织创伤愈合。

应用前景

近年来糖尿病发病率逐年攀升，该疾病所导致的难愈合性皮肤创伤修复与再生面临巨大的挑战。常江教授团队将无机生物材料复合在天然水凝胶三维网络中，制备得到的新型多功能水凝胶能够促进创伤区域血管生成，显著提高皮肤创面的愈合速度。该研究扩展了传统生物陶瓷材料的应用范围，在软组织创伤修复应用领域具有良好的临床转化前景。