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一、研究背景
术后组织粘连非常普遍,主要由纤维组织渗出、巨噬细胞浸润、成纤维细胞过度增殖等过程引起,被认为与手术切口、创伤等病理情况密切相关临床上,组织粘连通常包括不同的解剖部位,包括肌腱、硬脑膜囊、腹膜和心包膜。除了引起疼痛、运动障碍和瘫痪等普遍症状外,术后组织粘连还可能对特定器官产生深远影响。例如,术后不良粘连可导致肠梗阻、女性不孕、心力衰竭等并发症,甚至危及患者生命。此外,粘连问题还在世界范围内造成了重大的经济负担和医疗资源消耗。
最近,材料科学的进步扩大了制造这些膜的材料的选择,如水凝胶、聚合物薄膜和人羊膜。然而,所有这些材料都有一定的缺点。例如,水凝胶由于力学性能不足,在体内容易破裂和迅速降解。聚合物薄膜的结构通常致密而无孔,阻碍了营养物质和废物的交换此外,人羊膜的应用可能潜在地诱发免疫排斥反应此外,考虑到这些材料的性能、成本和复杂的制造工艺,使用抗粘附膜的组织抗粘附的进一步发展受到限制。
静电纺丝作为一种多功能、低成本、大规模制备生物医用纳米纤维膜的方法,具有优异的性能,在组织工程支架、伤口敷料、药物载体、生物传感器、吸声、过滤等生物医学领域有着广泛的应用。在静电纺丝过程中,高压静电力作用于溶液或熔体产生纳米纤维,提供了大的表面体积比、可调节的孔隙率和可调节的纳米纤维成分的几个突出特点,以达到所需的性能和功能。纳米纤维膜的纳米微孔结构使营养物质扩散,同时防止细胞渗透,从而避免术后粘连。此外,纳米纤维膜还表现出良好的机械性能和柔韧性,这有助于它们附着在手术部位更重要的是,纳米纤维膜有望模拟生物环境并影响细胞行为,因为它们的天然网状3D结构模仿了天然细胞外基质(ECM)。得益于这些综合特性,纳米纤维膜不仅可以有效地减少组织粘连,还可以促进组织修复,使其在抗粘连应用中具有广阔的前景。
近年来,人们对利用静电纺纳米纤维开发先进的抗粘着材料越来越感兴趣。同时,通过研究人员的不断努力和研究,也取得了实质性的进展。到目前为止,已经有200多篇关于静电纺纳米纤维抗粘材料的论文被报道(在Web of Science检索关键词为静电纺&防粘)。然而,到目前为止,还没有系统和全面的介绍静电纺纳米纤维抗粘附膜的综述。据我们所知,现有的评论主要集中在抗粘接材料,特定于某些人体组织,如肌腱。因此,深入探索人体各部位的粘附以及抗粘附膜的共同或不同特性仍然有限。鉴于静电纺纳米纤维在组织再生过程中的重要作用以及近年来取得的巨大进展,对抗黏附纳米纤维膜进行及时、全面的综述势在必行。
本文综述了电纺丝设备制备纳米纤维膜在人体肌腱、腹膜、硬脑膜、心包和脑膜等部位抗粘连的应用,结果见图1。首先,各部分综述了导致组织粘连的机制和因素。然后,重点介绍了从单纤维到纳米纤维聚集的抗粘附纳米纤维膜的合成策略和结构/表面/成分设计概念。我们还重点介绍了用于不同组织的各种膜的性能优势和存在的潜在问题。最后,讨论了抗粘接纳米纤维膜面临的挑战和未来的机遇。我们希望这篇综述说明了设计、制造和使用纳米纤维用于组织抗粘附应用的不同策略,并激励研究人员解决该领域未来的挑战。
图1.介绍了静电纺纳米纤维膜(NFMs)在抗组织粘连方面的应用。
二、摘要
组织粘连是术后最常见的并发症之一,常伴有炎症、疼痛,甚至运动障碍,显著降低患者的生活质量。因此,为了防止组织粘连的形成,人们探索了各种策略。在这些方法中,在受伤部位放置抗粘附膜以将伤口与周围组织分开是一种简单且备受青睐的方法。近年来,静电纺纳米纤维因其可调的多孔结构和高孔隙率而成为研究最多的抗粘接膜。它们不仅可以作为必需的屏障和功能性载体系统,而且具有高渗透性和营养物质的运输,在防止组织粘连方面显示出巨大的潜力。系统的讨论和提出的方向可以为电纺纳米纤维膜的合理设计提供思路和指导,有助于在可预见的未来开发出特殊的组织抗粘剂材料。
三、结论
组织粘连通常会导致疼痛、功能障碍和器官损伤等不良后果,严重影响生活质量并造成严重的经济负担。临床上,组织粘连表现在广泛的范围内,包括肌腱、硬脑膜囊、腹膜和心包等结构。因此,为了解决这些问题,已经探索了许多材料来防止组织粘连的发生。在这些治疗材料中,纳米纤维膜已成为一种非常有前途的抗粘连剂。这些膜不仅作为防止粘连形成的物理屏障,而且作为药物载体控制药物释放。此外,这些膜可以模拟人体组织,更好地修复受损组织。此外,通过改变纳米纤维膜的组成,如表面亲水性、药物释放机制、抗菌能力、降解率和机械性能,可以实现纳米纤维膜的理想性能。制备和修饰纳米纤维膜的方法适用于各种其他医学领域,包括伤口敷料、生物传感器和组织工程。这些杰出的研究成果促进了纳米纤维膜在医学领域的多元化发展。
随着生物材料和制造技术的不断发展,将会有更多优秀的材料和更先进的技术用于防止组织粘连。我们相信,随着抗粘接研究的不断深入,“无粘接”时代将很快到来。
图2.几种有代表性的电纺纳米纤维用于疝修补。(a) GO-PCL/NAC-CS-PCL支架的设计和制作过程示意图。(b)扫描电镜图像显示支架的表面和截面视图。红色箭头表示双层结构。(c)粘附评分直方图(mean±SD;** p < 0.01, ** p < 0.001)。
图3.几种具有代表性的静电纺纳米纤维抗脑膜粘连。(a)静电纺聚氯乙烯-明胶杂化膜制备方法示意图。(b)以PCL和明胶:60:40组成的纳米纤维膜的SEM图。(c)不同PCL和明胶组成的静电纺丝PG膜在干燥状态下的应力-应变曲线。(d) PG膜屏障功能表征示意图。(e)细胞接种PG 60-40膜3天后的对侧SEM显微照片。(f) PG60-40膜皮下植入后H&E染色组织学显微图(比尺= 500 μm)。箭头表示剩余的膜。(g)多层硬脑膜替代品的结构图。(h)植入30 d后,对照组和实验组脑组织HE染色。
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纳米纤维及其应用