研究背景
手術部位感染是手術患者預后不良的最常見原因，占手術并發(fā)癥的 38%。目前常用的藥物洗脫方法會導致材料附著性的損失或不適用于皮膚消毒?，F(xiàn)有的組織粘合劑不關注預防手術部位感染。延世大學Jinkee Hong團隊開發(fā)了一種易于處理、可大尺寸、可卷曲、可定制和可塑的I型絲素蛋白網（t1SG）。干燥的t1SG幾乎沒有附著性，但在浸入藥物溶液后表現(xiàn)出一定的粘附力，甚至t1SG超過商業(yè)產品的粘附性能。t1SG可以通過物理保護病變區(qū)域免受病原體滲透，并通過洗脫的消毒劑對其進行生化消毒，這種雙重功能被認為是雙效消毒。
研究內容
I型絲素蛋白由許多游離鏈組成，這些游離鏈與周圍環(huán)境充分結合（圖1）。此外，當t1SG水合時，游離鏈變得可移動且更具交互性。因此，水合t1SG通過非共價鍵對生物粘附物具有強大的粘附力。
圖1 t1SG和雙效消毒的概念化
適用含 6.0wt%CaCl2的甲酸溶解蠶繭，將溶解的絲素蛋白澆鑄并干燥過夜，在60℃熱處理2h 后，獲得t1SG，厚度固定為400μm。將 t1SG 暴露于無水乙醇培養(yǎng)基中過夜以產生t2SG。廣角X射線散射（WAXS）的2D環(huán)圖分別確認了t1SG和t2SG內的I型和II型構象（圖2）。拉曼散射分析結果驗證了t1-和t2SG的內在絲素蛋白類型。從1400-1500cm-1內的拉曼光譜中評估了I型與II型構象（即Silk I/Silk II）的比率：～75%的t1SG呈現(xiàn)I型構象，而～70%的t2SG 表現(xiàn)出II型構象。
圖2 絲素蛋白的類型和相應的粘附力
對 t1SG和t2SG進行了搭接剪切和180°剝離測試，證明了I型構象在實現(xiàn)強大的粘附力方面的重要性。濕t1SG強烈粘附在醫(yī)用級塑料上，剪切強度 （～51.8 kPa）和界面韌性（～359 J m–2）的t1SG高于由白蛋白、氰基丙烯酸酯、纖維蛋白或聚乙二醇組成的商業(yè)組織粘合劑。
圖3 粘附強力
為了證明t1SG在生物-生物界面中的潛力，使用提取的牛心包和豬皮膚組織作為離體組織粘附物來估計剪切應力、粘附能密度和界面韌性（圖4）。t1SG的游離鏈由許多肽鍵組成。肽鍵同時充當氫鍵受體和供體。因此，t1SG的游離鏈與羰基化合物和哺乳動物組織的胺基非共價相互作用。盡管t1SG在豬皮膚上的界面韌性下降了～12%，但仍比現(xiàn)成的組織膠粘劑高出～7.3倍。豬皮中的高脂質含量會導致皮膚表面變得光滑，界面韌性略有損失。一旦粘附在曲線人體皮膚上，t1SG就可以承受圖4c所示的所有過程中的累積應力。粘附在食指上的t1SG在環(huán)境和水下條件下承受了重復的180°彎曲。t1SG在例如洗手等日常生活中也保持粘附。
圖4 t1SG 在不同生物條件下的粘附性能
通過使用絲素蛋白特異性小分子硫黃素T（ThT）監(jiān)測t1SG的洗脫動力學。t1SG 的洗脫曲線與現(xiàn)有藥物洗脫支架的洗脫曲線相當。洗脫速率常數(shù)（KH）為3.46 mg cm-3min-1/2，滿足所需的雙效消毒的剩余要求。t1SG 對生物降解是穩(wěn)定的，這意味著雙效消毒對各種器官的廣泛體內應用前景。
圖5 t1SG 的洗脫動力學和酶穩(wěn)定性
采用了腹膜炎SKH1小鼠模型驗證所提出的治療方法（即雙效消毒）在預防手術部位感染和確保體內良好預后方面的有效性。t1SG或手術膠帶（ST）連接到剖腹探查部位以覆蓋導管結合孔。當t1SG引入時，它可以實現(xiàn)對附著部位的一致和毫克級雙作用消毒12h，而不會限制小鼠移動。因此，通過雙效消毒，P6 的存活率提高了1.75倍（圖6）。ST 治療組在P8附近呈零生存率，表明嚴重腹膜炎的死亡率極高。此外，與未消毒的組相比，雙效消毒將腹膜內損傷程度大約減少了一半。
圖6 與雙效消毒相關的預后調查
監(jiān)測了對相關器官（例如肝、腎、肺和脾臟）的繼發(fā)損傷程度，以評估 t1SG雙效消毒的治療意義。來自提取器官的熒光信號（圖7b）和組織學檢查結果證實，雙效消毒減輕了連續(xù)內部損傷的擴散。
圖7 繼發(fā)性炎癥器官損傷的進展
根據器官損傷生物標志物的血漿濃度討論相關器官的狀態(tài)（圖8）。由于雙效消毒，肝損傷標志物比ST組低～35%；中性粒細胞遷移（35-45%）在P4和P7急劇減少，表明腹膜干凈，沒有感染并發(fā)癥。炎性細胞因子（IL-1β、IL-4、IL-6和IFN-γ）水平降低40%表明t1SG組的整體狀態(tài)優(yōu)于ST組。這些全面的生物學研究表明，雙效消毒組比ST組預后更有希望。
圖8 監(jiān)測改善的生物標志物分布
通過將治療效率與最容易獲得和最理想的腹膜炎治療方法——腹膜透析（PD）的治療效果進行比較，評估t1SG雙效消毒的臨床潛力。接受透析、雙效消毒和抗生素治療組（n=5）命名為t1SG+AB。在P7觀察到PD組的100%死亡率（圖9）。相比之下，t1SG+AB組在P12處死前的最后48h表現(xiàn)出60%的恒定存活率。t1SG+AB組腹膜內損傷減輕和皮膚清潔狀態(tài)表明，雙效消毒和抗生素之間的協(xié)同作用可以確保嚴重腹膜炎的有希望的預后。PD、雙效消毒和抗生素給藥后器官損傷的生物標志物下降到假手術組的水平。表明可以通過雙效消毒和抗生素給藥的協(xié)同作用來預防繼發(fā)性炎癥器官損傷。
圖9 基于 t1SG 雙效消毒的臨床有效方法的開
結論
t1SG 滿足了雙效消毒的兩個要求：穩(wěn)定的封閉屏障和基于mg 級洗脫的生化活性。即使基材是醫(yī)用級非生物塑料或哺乳動物提取的生物組織，卓越的膠粘劑性能也不會惡化。此外，t1SG-生物界面上的穩(wěn)定粘附承受了人工和日常運動的變形應力?；陔p效消毒與抗生素給藥的協(xié)同效應，它在臨床領域顯示出令人印象深刻的潛力。體內嚴重炎癥性疾病的顯著改善使 t1SG 作為下一代有效的生成治療策略。
原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.2c00598
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