腹壁疝修复防粘连纺织基复合型补片的制备与性能研究

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腹壁疝在临床上较为常见。据报道,1/4的人可能会发生先天性或后天性腹壁疝。在我国,各类成人腹壁疝每年的手术量约为100万例,并逐年递增。腹壁疝通常会引发腹胀、腹痛、肠梗阻或腹膜炎等病症,如果治疗不及时,甚至会危及患者的生命。腹壁疝很难自愈,通常需要通过手术进行治愈。疝修补片的使用显著降低了疝气的复发率和术后疼痛,是腹壁疝患者的首选治疗方法。聚丙烯(PP)补片是目前最为常用的疝修补材料,具有稳定的理化性能、优异的力学性能和良好的生物相容性。但是,它不具备防粘连性能,一旦与腹内脏器接触会引发严重的腹腔粘连。为了防止术后粘连的发生,在PP补片的近内脏侧放入一层可吸收物理屏障是当前最具潜力、最实用的策略。现有可吸收防粘连屏障产品多为致密的无孔膜或凝胶结构。前者通透性差且柔韧性不佳,不仅抑制了病损区域的组织正常愈合,还影响了补片的顺应性。后者与PP网片复合难度大,自身稳定性差,易导致创面覆盖不完全进而引发腹腔粘连,难以满足当前疝气治疗的需求。因此,如何进一步优化防粘连屏障材料以及联合PP补片赋予其良好的防粘连性能和组织相容性是当前疝修补材料领域亟需解决的关键问题之一。针对上述问题,本课题首先以聚丙交酯-乙交酯(PLGA,LA:GA=75:25)和聚己内酯(PCL)为原料,通过调控聚合物配比得到综合性能优异的PLGA/PCL静电纺纤维膜,同时利用静电纺丝技术引入功能性组分布洛芬和卵磷脂构建不同的静电纺纤维防粘连膜屏障,系统研究其理化特性、机械性能、体外生物相容性与生物功能性,从而评价它们用作防粘连材料的可行性。然后,将优选的PLGA/PCL纤维膜作为屏障层,以海藻酸盐水凝胶为粘合媒介,进而联合经编PP网片基材制备出防粘连复合型补片,从而赋予PP补片功能性和满足腹壁疝修复过程中防止粘连的需求,同时构建动物模型对其防粘连有效性和组织相容性进行验证,并深入研究防粘连复合型补片的PP基材对补片性能的影响。主要的研究内容与成果如下:(1)载布洛芬的静电纺纤维防粘连膜的制备与性能研究为了提高静电纺纤维膜的防粘连效果,本课题研发了一种新型“三明治”结构的载布洛芬纤维膜(Sandwich),并对其表面特性、化学组分、拉伸性能、释药行为、体外生物学性能等进行了系统研究,以评价该纤维膜在防粘连方面的应用潜力。在结构方面,Sandwich纤维膜的芯层为载布洛芬的PLGA/PCL纤维膜,上、下层为PLGA/PCL纤维膜,前者充当药物载体,后者可以起到保护作用,以提高药物的利用率和有效性。研究表明,“三明治”结构的载药纤维膜形态良好、各层结合紧密、力学性能优异。与普通载药纤维膜相比,Sandwich膜在前1 h内的药物释放量显著下降,并在2周内表现出持续、有效的药物释放。体外成纤维细胞黏附和增殖实验的结果显示,纤维膜中引入布洛芬能明显抑制细胞的黏附和增殖,体外培养5天后,Sandwich纤维膜始终保持最少的细胞黏附。此外,Sandwich纤维膜上巨噬细胞生长明显更差,被检测到的炎性因子TNF-α含量也更少,呈现明显减轻的炎性反应。以上结果证实“三明治”结构的布洛芬负载纤维膜Sandwich具有良好的缓释效果以及提供长期防粘连功能的潜力。(2)载磷脂的静电纺纤维防粘连膜的制备与性能研究为了赋予静电纺纤维膜生物活性以提高其防粘连性能,选用天然材料卵磷脂作为功能性组分,通过一种简单而有效的策略制备了磷脂负载的PLGA/PCL纤维膜。具体地,将不同含量(0、2.5wt%、5wt%、10wt%)的卵磷脂溶于PLGA/PCL溶液,采用静电纺丝法制得对应纤维膜(NFM、NFM-2.5Lec、NFM-5Lec、NFM-10Lec),并对其形态结构、表面润湿性和体外生物学性能进行全面评价,以探究载磷脂纤维膜用于防粘连领域的可行性。结果显示,优化的载磷脂静电纺纤维膜NFM-10Lec表现出明显减小的纤维直径、较高的孔隙率、极好的亲水性和优异的细胞相容性。体外细胞实验结果表明,培养3天后,成纤维细胞在NFM-10Lec表面的粘附数目明显低于NFM表面的粘附数目,由此推断NFM-10Lec纤维膜具有良好的抗黏附潜力。此外,NFM-10Lec样品表现出较优的抗炎效果。总之,通过引入磷脂组分对纤维膜进行改性处理为防粘连材料的研发提供了一种有效而实用的策略。(3)静电纺纤维膜与水凝胶联合防粘连复合型补片的制备与体外性能评价我们将优选的PLGA/PCL静电纺纤维膜(NFM)作为防粘连屏障,以海藻酸盐水凝胶为粘合媒介,通过浸渍、压合及离子交联等工艺实现NFM屏障层与经编PP基材(20.5 g/m~2)一体化复合,最终得到防粘连纺织基复合型补片。通过体外性能研究初步评估所得复合型补片用作防粘连疝修补材料的可行性。结果显示,研发利用水凝胶将PLGA/PCL双组分纤维膜与PP补片的一体化复合构建出防粘连复合型补片(PP/AH-NFM),整个制备过程不会损害补片的固有特性,所得PP/AH-NFM补片的纤维膜层始终保持良好的形态及微纳多孔的结构,能有效地隔离PP网片,且不妨碍营养物质与代谢分子的交换。此外,防粘连复合型补片具有良好的力学支撑性和生物相容性,可安全用于体内研究。(4)静电纺纤维膜与水凝胶联合防粘连复合型补片的动物体内安全性和有效性研究进一步探究防粘连复合型补片的应用潜力。通过动物兔模型经腹腔内置网片法将补片样品植入动物体内,术后7天和30天后,分析动物生长状态及补片植入物的粘连形成情况,并对补片移出物进行组织病理学研究。实验结果显示,所有动物术后恢复良好、精神状态正常且无明显并发症。植入的补片在兔体内无明显免疫原性,不会引起不良反应。但是,PP补片粘连明显,当PP材料与大网膜或内脏发生粘连时会需要极大的牵引力甚至剥离工具的辅助才能将其分开,并且剥离部位会出现渗血现象。而复合型补片PP/AH-NFM的粘连程度与商用对照组Proceed防粘连补片的粘连程度无显著差异,且粘连评分较低。相比之下,PP/AH-NFM复合型补片表现出良好的防粘连性能、较轻的炎症反应和较优的组织相容性,是一种极具潜力的腹壁疝修复防粘连补片材料。(5)静电纺纤维膜与水凝胶联合防粘连复合型补片的基材结构与其性能关系的研究深入研究PP基材物理结构对复合型补片性能的影响。选用三种面密度(20.5 g/m~2、27.6 g/m~2和45.7 g/m~2)的PP补片为基材(PP1、PP2和PP3),以海藻酸盐水凝胶为粘合媒介将其与NFM纤维膜屏障结合得到对应的防粘连复合型补片(C-PP1、C-PP2和C-PP3),并对其理化性能、力学性能、体外生物相容性、体内防粘连性能和组织相容性进行深入研究。结果表明,PP基材是复合型补片的关键组分,在力学支撑方面起到决定性作用。PP基材及其复合型补片都具有良好的生物相容性,但是PP基材的物理结构,特别是孔隙率间的差异明显会影响细胞的生长行为。动物体内研究显示,补片基材PP1和PP3都发生了较严重的术后粘连,其粘连程度无显著差异。与PP3组相比,C-PP3复合型补片上大网膜和肠粘连程度无明显变化。相比之下,轻量型C-PP1复合型补片的粘连形成显著减少,且与商用对照组Proceed防粘连补片相比无统计差异,证明了其优异的防粘连效果。同时,C-PP1复合型补片表现出较轻的炎症反应。由此可知,防粘连复合型补片的PP基材对补片性能影响显著。在满足腹壁疝修复所需力学支撑的需求下,联合轻量化经编PP网片基材与纤维膜防粘连层一体化所得到的复合型补片具有更好的防粘连效果和组织相容性。综上所述,本课题完成了静电纺纤维防粘连膜的功能化构建及其防粘连可行性探讨。进一步地,完成了面向腹壁疝修复应用的防粘连纺织基复合型补片的基本设计、制备和评价。本研究相关结果为防粘连屏障以及防粘连疝修补片的研发与评价提供了参考,为疝修补材料的发展奠定了基础。同时,本课题研究结果也显示,仍需要对防粘连补片结构和材料以及体内动物实验模型进行优化设计,以构建出更为理想的腹壁疝修补材料。
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