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聚丙交酯膜表面沉积类金刚石碳以防止肌腱修复过程中粘连的形成


腱周粘连形成是肌腱损伤和肌腱手术后愈合过程中最常见和最具挑战性的并发症之一。到目前为止,大约30%–40%的患者在肌腱手术后会出现腱周与周围组织粘连的情况。病理上,肉芽组织从周围组织侵入损伤部位,作为外源性修复促进肌腱愈合。然而,过度的外源性修复会导致周围组织异常粘连,限制肌腱滑动、偏移和运动范围,最终限制关节运动。由于强力训练和活动,粘连还会增加继发性肌腱断裂的风险。此外,粘连导致的运动范围减小会延长康复时间并需要再次手术,从而降低患者的生活质量并加剧心理社会经济问题。

 

电纺纤维聚乳酸(PLA)膜是一种受欢迎的抗粘连策略,可作为物理屏障。然而它作为防粘连膜、人工支架和伤口敷料的广泛应用可能会导致PLA膜植入后发生异物反应(FBR),导致局部炎症,从而破坏其防粘连效果。另一方面,PLA膜的生物降解和释放的副产物加剧了腱周粘连的形成,损害了其抗粘连效率。从这两个角度来看,PLA膜的降解和异物诱导的巨噬细胞极化极大地削弱了PLA膜的抗粘附功效。因此,对PLA膜进行改性对于防止异物引起的炎症、延缓生物降解、增强抗粘连功效至关重要。

24年4月30日,上海交通大学姚晓,陶再进&上海同济医院鞠玉峰等人在期刊Nano-Micro Letters(影响因子26.6)中提出使用沉积在聚乳酸(PLA)膜上的类金刚石碳(DLC)作为抗粘连屏障的生物物理机制,以包住肌腱损伤大鼠的断裂肌腱。结果表明,PLA/DLC复合膜比PLA膜表现出更有效的抗粘连效果,组织学评分从3.12±0.27下降到2.20±0.22,抗粘连有效性从21.61%增加到44.72%。从机理上来说,DLC表面丰富的C=O键官能团可以有效降低活性氧水平;因此,巨噬细胞的 NF-κB 磷酸化和 M1 极化受到抑制。因此,由 M1 巨噬细胞来源的细胞因子(包括白细胞介素 6 (IL-6)、白细胞介素 1β (IL-1β) 和肿瘤坏死因子 α (TNF-α))增强的过度炎症反应大大减少。 对于生物相容性评估,与传统 PLA 膜相比,PLA/DLC 膜在组织内吸收缓慢,并表现出持久的屏障作用。进一步的研究表明,DLC沉积可减缓降解产物乳酸的释放,并通过干扰酯酶和PLA酯键诱导巨噬细胞M2极化,从而进一步延缓纤维化过程。研究发现PLA/DLC膜具有治疗腱周粘连的有效生物物理机制。

 

要点一:沉积类金刚石碳(DLC)的聚乳酸(PLA)膜的抗粘连效果为44.72%,比PLA提高了23.11%。

图1.DLC沉积提高了PLA膜的抗粘连效率

 

要点二:沉积在 PLA 膜上的 DLC 已被证明可以有效降低活性氧的水平,从而导致腱周粘连组织内促炎细胞因子的表达减少。

图2.DLC 在体外和体内抑制 ROS 产生和氧化应激

 

要点三:DLC 减缓 PLA 生物降解和乳酸产生,从而减少腱周粘连组织内 CD68+CD206+ 巨噬细胞的数量。


图3.DLC 抑制 PLA 植入引起的异物炎症反应并延迟 PLA 降解


结论:DLC沉积的PLA膜比PLA膜表现出更有效的抗粘附能力。由于表面存在丰富的C=O悬键,DLC表现出ROS清除特性。一方面,DLC减少ROS的产生,减轻肌腱损伤后腱周粘连形成炎症阶段的氧化应激。DLC 的 ROS 清除能力还通过减少肌腱损伤后腱周粘连形成过程中的 NF-κB 磷酸化以及 PLA 植入后的 FBR 来减轻巨噬细胞 M1 极化介导的炎症。另一方面,DLC延迟了PLA的生物降解和乳酸向周围组织的释放,从而抑制了乳酸诱导的巨噬细胞在腱周粘连形成的增殖阶段的M2极化,从而导致延长的分离作用和增强的抗氧化作用 - 粘附潜力。因此,沉积在 PLA 上的 DLC 具有预防腱周粘连的有效生物物理机制。

图4.DLC 沉积的 PLA 膜比 PLA 膜表现出更有效的抗粘附能力的假定机制

 

论文链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-024-01392-7#Sec26

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