摘要
手術(shù)縫線可以縫合傷口，促進(jìn)傷口愈合，為了獲得更好的力學(xué)性能，多采用復(fù)雜和高成本的編織工藝。然而，在某些情況下，如疼痛和感染，它們?nèi)匀徊荒芾硐氲仄鹱饔?。疼痛幾乎是所有損傷、感染和疾病中最常見的癥狀。為此，文章設(shè)計(jì)了一種多功能絲素蛋白纖維復(fù)合縫線。其中絲素蛋白纖維是從蠶繭中提取的超長(zhǎng)且細(xì)的纖維，通過改變縫線的pH值吸附具有抗感染作用的萬古霉素，然后涂上甲基丙烯酸明膠作為鞘，裝入止痛藥布洛芬（SMG-VC-IB），縫線可以承受近18 N的張力。通過PET-CT對(duì)腦區(qū)客觀代謝數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)該止痛藥對(duì)所建立的大鼠股四頭肌切口疼痛模型有效，證實(shí)了縫線的止痛藥布洛芬有助于度過術(shù)后驗(yàn)證期，進(jìn)入舒適的恢復(fù)期。本研究提出了一種用于疼痛管理和感染控制的多功能復(fù)合縫線的制備方法。
一、性狀表征
本研究通過從蠶絲中提取絲素蛋白纖維制備縫線，如圖1所示，先使用堿性溶液去除蠶絲的絲膠，獲得絲素蛋白纖維（SF），將SF甲基丙烯酸化(SF-MA)，然后與GelMA交聯(lián)形成SF-MA-GelMA縫線(SMG)。單鏈SMG的直徑約為15 μm。GelMA涂層使縫線更緊密地聚集，也為IB和VC提供支持和保護(hù)，從而使藥物隨著GelMA的降解而釋放。
圖1 復(fù)合縫線在不同階段的形態(tài)
二、物理性能
捻度對(duì)縫線的力學(xué)強(qiáng)度有一定的影響。本文選擇130 SMG，每厘米1~12轉(zhuǎn)（T/cm）處理后進(jìn)行測(cè)試，圖2A顯示，捻度為2 T/cm具有較好的強(qiáng)度，斷裂強(qiáng)力可達(dá)17.15 N。圖2B顯示SMG和SMG-VC-IB均獲得了較高的斷裂強(qiáng)度。
圖2 捻度優(yōu)化與力學(xué)比較
圖3結(jié)果顯示，130SF和130SF-MA截面松散，說明內(nèi)部纖維是一根一根斷裂。130MG和130MG-VC-IB緊密結(jié)合，區(qū)域內(nèi)所有纖維均勻分擔(dān)斷裂力，使斷裂截面整齊均勻，斷裂強(qiáng)力更大。5-0蠶絲編織線，內(nèi)部纖維應(yīng)力相似，斷裂截面整齊均勻，但縫線輪廓內(nèi)部是松散的。
圖3 拉伸試驗(yàn)后樣品斷裂截面圖
三、體外和體內(nèi)生物相容性
細(xì)胞毒性試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著時(shí)間的推移，成纖維細(xì)胞的數(shù)量急劇增加，SMG、SMG-VC-IB和對(duì)照組之間沒有差異。CCKS試驗(yàn)也顯示，SMG和SMG-VC-IB組保持良好的細(xì)胞活力，揭示SMG和SMG-VC-IB對(duì)細(xì)胞均無毒性。
植入試驗(yàn)顯示，SMG和SMG-VC-IB縫線均引起輕微的炎癥反應(yīng)，3天后縫合線周圍可見少量巨噬細(xì)胞，14、28天后炎癥反應(yīng)逐漸減弱，隨著時(shí)間的推移，結(jié)締組織逐漸生長(zhǎng)成縫線絲間孔，表明SMG和SMG-VC-IB具有良好的生物相容性。
圖4 體內(nèi)和體外細(xì)胞相容性分析
四、體外抗菌性能
圖5結(jié)果顯示，5-0 Mersilk縫線和SMG縫線在金黃色葡萄球菌和肺炎鏈球菌培養(yǎng)板上均未顯示出明顯的抑制圈，SMG-VC-IB對(duì)這些細(xì)菌板有明顯的抑制作用。隨著濃度的降低，抑制效果越來越小。
圖5 體外抗菌性能試驗(yàn)圖
五、疼痛感評(píng)估
結(jié)果顯示，SMG-VC-IB組創(chuàng)面較空白組和SMG組更早進(jìn)入增值和重塑階段。SMG-VC-IB可減輕炎癥反應(yīng)，進(jìn)而減輕疼痛，促進(jìn)創(chuàng)面愈合。通過測(cè)量大鼠的站立時(shí)間，結(jié)果表明站立時(shí)間越短，疼痛越嚴(yán)重。因此，SMG-VC-IB減輕了疼痛。
圖6 左股四頭肌切口術(shù)后大鼠的運(yùn)動(dòng)能力數(shù)據(jù)分析圖
結(jié)論
文章設(shè)計(jì)了用于疼痛減輕和抗感染的多功能絲素蛋白復(fù)合縫線?？p線力學(xué)性能優(yōu)于同規(guī)格的Mersilk縫線。VC具有明顯的抗感染作用，IB具有局部鎮(zhèn)痛作用?？p線無細(xì)胞毒性，具有良好的生物相容性。絲素蛋白在縫線的應(yīng)用，也揭示了絲素蛋白具有廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，且具有良好的性能及較低的成本。
通訊作者簡(jiǎn)介
呂國(guó)忠，江南大學(xué)醫(yī)學(xué)院，江南大學(xué)附屬醫(yī)院燒傷整形科主任，燒傷研究所所長(zhǎng)，研究方向?yàn)楦鞣N危急重癥燒傷、復(fù)雜難愈性創(chuàng)面治療、皮膚組織工程。近五年承擔(dān)國(guó)家自然基金項(xiàng)目、973合作項(xiàng)目、省重大專項(xiàng)等省市級(jí)以上科研項(xiàng)目10余項(xiàng)，榮獲全國(guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)?、全?guó)“先進(jìn)工作者”、江蘇省“有突出貢獻(xiàn)中青年專家”、“江蘇省優(yōu)秀科技工作者”等多項(xiàng)殊榮。
文章信息
Xiaoxiao Li, Ying Luo, Fengbo Yang, Guoping Chu, Lingqiao Li, Ling Diao, Xiaoli Jia, Chunjing Yu, Xiaozhuo Wu, Wen Zhong, Malcolm Xing, Guozhong Lyu, In situ-formed micro silk fibroin composite sutures for pain management and anti-infection, Composites Part B: Engineering,2023.
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.110729
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