不僅能縫合傷口，還能感知炎癥并輸送治療藥物！
傷口閉合是防止異物進入和支持傷口愈合的關鍵。由于機械損傷或炎癥導致的傷口閉合失敗可導致組織有效附著失敗，并表現為延遲愈合甚至死亡（這取決于傷口的部位）。因此，一個能夠識別炎癥以及提供治療方法的平臺，包括化學、生物和細胞療法，可以改變我們有效感知潛在失敗的能力，并最大限度地提高治療效果。
基于此，麻省理工學院的Giovanni Traverso教授團隊報告了一種去細胞化的腸組織（De-gut）縫合線的發展，該縫合線能夠感知炎癥并提供廣泛的治療方法，包括小分子，單克隆抗體和基于細胞的治療方法。作者在嚙齒動物和豬身上展示了其機械和生物功能，并期望它可以改變我們對傷口和患者的護理方式。該工作以“A multifunctional decellularized gut suture platform”為題發表在Matter，并被Nature亮點報道。
為了制造組織來源的縫合纖維，作者首先使用洗滌劑溶液將組織去細胞化，產生白色去細胞化基質（圖1A）。然后縱向打開去細胞化組織，切成幾條預先確定寬度的長組織鏈。隨后通過扭轉和組織鏈脫水制備纖維形式的縫合線（圖1A-C）。為了測試去細胞化組織縫合線的縫合能力，作者將一根手術針附著在纖維末端，縫合在切開的腸組織上，制備的縫合線能夠實現良好的貼合，防止內部內容物泄漏。與市售的組織源羊腸縫合纖維（16.6 G 2.4 N）相比，作者制備的縫合線具有強大的抗拉強度（圖1D），因此進一步開發的重點是去細胞化腸組織（De-gut）支架。通過利用去細胞化基質制造縫線，基于保存原生組織中的ECM成分，可能增強縫線的組織再生能力。通過小鼠皮下植入縫合線，初步評價其體內相容性和組織反應。對取出的纖維與鄰近組織進行組織學分析發現，植入3天、1個月后，植入的組織纖維沒有明顯的炎癥和異物反應，這表明植入的縫合纖維周圍幾乎沒有纖維化組織的形成和免疫細胞的聚集。這些數據證明了低免疫模量的De-gut縫合線的體外和體內相容性（圖1G）。
圖1 去細胞化基質縫合纖維的制備與表征
為了支持基于De-gut縫合線的治療平臺的開發，作者在De-gut縫合線的表面進一步設計了一層薄薄的水凝膠層。這些帶有水凝膠涂層的增強型HyDe-gut縫合線可以支持治療和診斷成分的藥物的輸送，以幫助最大限度地提高傷口護理和監測的能力（圖2A）。顯微鏡圖像顯示，De-gut縫合線表面成功地修飾了一層薄而均勻的水凝膠層。添加水凝膠層可使HyDe-gut縫線的最終直徑增加20-25 mm。為了評估改性水凝膠層在De-gut表面的粘附力，在兩個腸道組織基質之間形成水凝膠層后進行實驗室剪切測試。經水凝膠改性后的最大粘接強度為~55 kPa，脫水后黏附力顯著提高至~370 kPa（圖2D）。然而，基于最終產品中水凝膠層穩定而緊密的組織粘附，甚至以水合形式存在，在縫合過程中，水凝膠層沒有從De-gut縫合線上脫離(圖2E)。重要的是，盡管De-gut縫合線表面覆蓋了一層薄薄的水凝膠層，但通過培養巨噬細胞分泌TNF-a來評估，De-gut縫合線的免疫原性在De-gut縫合線孵育組之間是相似的(圖2F)。這種水凝膠涂層可以攜帶各種組分，比如藥物、傳感器甚至治療細胞，還可以增加強度。當用于縫合大鼠傷口時，水凝膠涂層縫合線在四周后比未涂層縫合線牢固得多。
圖2 水凝膠修飾脫腸縫合線表面作為多功能治療平臺
作者在水凝膠中加入了可以感知炎癥的微米大小的顆粒：當炎癥酶存在時，這些顆粒會降解并釋放出一種可以在尿液中檢測到的染料。作者還在水凝膠中嵌入了攜帶藥物和細胞的微粒。作者說，這些配方可以讓智能縫合線提供化學和細胞治療。
【小結】
作者提出了一種由去細胞化基質和水凝膠組成的多功能生物相容性縫合治療平臺。De-gut纖維作為核心縫合材料，以最小的組織反應增強組織再生，水凝膠層為將各種功能集成到縫合平臺提供了空間。隨著納米和微加工技術的最新進展，其他生物功能形式也可以很容易地在HyDe-gut縫合平臺中結合，最終將增強傷口愈合和疾病治療。
報道鏈接：https://www.nature.com/articles/d41586-023-01591-z
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.04.015
