水凝胶，最新Science大子刊！

在此， 哈佛大学布莱根妇女医院的 Kyle C. Wu 联合哈佛大学 David J. Mooney 将一种具有机械韧性的水凝胶与生物粘合剂相结合，用于术中在啮齿动物、猪和人类中枢神经系统组织中封闭硬脑膜 。 拉伸测试表明，与水环境中的商用密封剂相比，这种硬脑膜韧性粘合剂（DTA）表现出 更高的韧性，具有更高的最大应力和拉伸性 。 与商用密封剂相比，DTA 在压力增加到 300 毫米汞柱时仍能粘附在猪硬脑膜上，并能达到更大的最大爆破压力。 在死后硬脑膜组织中评估了 DTA 在模拟手术环境中修复脑脊液漏的可行性。 DTA 支持猪膀胱囊在体内进行有效的无缝合修复。DTA 的生物相容性和粘附性在啮齿动物体内植入后可维持长达 4 周 。研究结果表明，DTA 具有增强甚至取代缝合修复的潜力，值得进一步探索。相关成果发表在 《Science Translational Medicine》 上， Kyle C. Wu 是第一作者兼通讯作者， David J. Mooney 是通讯作者。

DTA 具有可拉伸性和抗断裂性

在许多生物材料中，韧性和拉伸性之间存在反比关系。作者首先测试了 由海藻酸盐和聚丙烯酰胺组成的韧性水凝胶DTA 是否也存在这种关系（图 1A）。DTA 的韧性、可拉伸性以及与活体猪硬脑膜的粘附性都是在轻力作用下进行检测的（图 1B 和 C）。在轻柔的手动挤压下，DTA 保持完好无损，而商用密封剂 DuraSeal 和 Adherus 则在相同条件下断裂（图 2A）。拉伸测试结果显示， 与商用密封剂相比，DTA 的韧性（图 2B）、最大应力和最大拉伸都明显更高，这是承受颅内压波动的理想特性 。

图 1. DTA 的特点

为了评估对爆破压力的反应，采集了猪的硬脑膜，并使用冲压活检术造成损伤。将 DTA 直接涂抹在裂口上，并用手轻轻按压 30 秒，以促进桥接壳聚糖聚合物扩散到水凝胶和硬膜组织中，从而产生强大的粘附力。然后将样本放入爆破压力室，以 2 毫升/分钟的恒定速度注入生理盐水，直到压力导致粘合剂或水凝胶失效为止（图 2C 和 D）。 DTA 达到的峰值爆破压力大于五种商用组织修复剂（ 图 2D）。将粘附的 DTA 在 37°C 人工 CSF（aCSF）中浸泡 5 天后，在生理温度下重复实验，以模拟体内情况。 与五种商业密封剂相比，DTA 获得了更大的爆破压力 （P = 0.02）。

图 2.DTA 具有抗断裂性，并具有优异的粘合强度和机械强度

DTA 耐用、实用且具有生物相容性

为了评估 DTA 在体内的生物相容性，作者将 DTA 直接植入大鼠的中枢神经系统组织。使用大鼠存活开颅模型暴露硬脑膜和脑实质（图 3A）。将现有的商用密封剂或 DTA 直接植入硬脑膜和大脑皮质表面，仅进行开颅手术的对照组除外。结果分析表明， 应用 DTA 4 周后，大鼠硬脑膜（图 3B）和大脑（图 3C）受到的刺激极小。脑损伤部位的刺激性也很小，与两种市售密封剂的最小刺激性相当（图 3D） 。

DTA 修复猪体内模型中的硬膜囊损伤

在猪模型中测试了DTA的体内性能，考虑到猪脊髓硬膜与人类的结构相似性。通过在两只成年约克夏猪的腰骶部进行手术，分别在L4和L6处进行椎板切除术进入椎囊。在L4处安装连续颅内压监测器和输液导管，在L6处进行20毫米的硬膜切开。手术区域经过止血和擦干处理后，随机在缺损处应用DTA或DuraSeal，确保4毫米边缘的完全覆盖。采用Valsalva动作，维持40 mmHg压力5秒钟来模拟颅内压升高，测试硬膜修复情况。 DTA组无泄漏，而DuraSeal组40%出现泄漏。未泄漏的动物接受峰值压力测试，通过注射生理盐水直到泄漏。DTA比DuraSeal承受更高的峰值爆破压力（高达100 mmHg），显示出更佳的粘附性和封闭能力。

图 4. DTA 和 DuraSeal 在硬脑膜修复中的有效性的体内评估

小结： 此研究指出了DTA应用于人类需要的未来研究领域。 首先，需在大型动物中进行长期研究以验证DTA的长效性和监测潜在的纤维化，作者在大鼠模型中发现DTA在4周后展现出强粘附性，未发现CSF渗漏。 其次，DTA的韧性水凝胶组分可能需改进以增强机械性能，如在猪脊柱实验中发现韧性水凝胶而非粘合界面是失效点。 第三，DTA的理想降解时间应根据临床需求定制，快速降解材料可能在某些情况下优于永久性植入物。 作者开发的可降解粘合剂在体外快速降解，在体内展现出良好的生物相容性和持久粘附。 第四，关于DTA的部署，人体头颅模型研究显示DTA在微创通道中应用时可能因接触而流失部分粘合剂，这提示研究粘合剂量与性能的最佳平衡。 总之，这些发现和改进机会指导了DTA在临床应用前的研究方向。