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  生物材料和醫(yī)療器械在植入體內(nèi)后會(huì)面臨機(jī)體異物反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致植入體被纖維包裹，造成植入體的功能喪失并引發(fā)各種并發(fā)癥。異物反應(yīng)問(wèn)題造成病人的痛苦和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，是臨床上卡脖子難題和制約植入材料與醫(yī)療器械發(fā)展的瓶頸。傳統(tǒng)抵制異物反應(yīng)的方法存在各種缺點(diǎn)，近年來(lái)研究者開(kāi)始用新材料的策略來(lái)抵制異物反應(yīng)并取得諸多潛在優(yōu)勢(shì)。因此，發(fā)現(xiàn)能夠抵制異物反應(yīng)的新型生物材料并研究其對(duì)異物反應(yīng)的調(diào)控機(jī)制是重要科學(xué)問(wèn)題，同時(shí)具有重要的臨床應(yīng)用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

  近日，華東理工大學(xué)材料學(xué)院劉潤(rùn)輝教授課題組撰文總結(jié)和評(píng)述了抗異物反應(yīng)的研究進(jìn)展，重點(diǎn)介紹通過(guò)新材料策略來(lái)抵制植入異物反應(yīng)及目前有限的三類(lèi)抗異物反應(yīng)材料和應(yīng)用。該成果以題為“Dealing with the foreign-body response to implanted biomaterials: strategies and applications of new materials” 發(fā)表在Adv. Funct. Mater. (DOI: 10.1002/adfm.202007226)。

  該綜述總結(jié)了數(shù)十種植入材料和醫(yī)療器械的異物反應(yīng)實(shí)例，剖析了異物反應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)制和關(guān)鍵過(guò)程（圖1）。進(jìn)一步還總結(jié)了傳統(tǒng)抗異物反應(yīng)的三類(lèi)策略：1）通過(guò)改變植入材料的物理性質(zhì)例如尺寸、形狀、硬度、表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等；2）結(jié)合抗炎藥物或生物制劑來(lái)壓制炎癥反應(yīng)；3）在植入材料表面修飾生物活性分子來(lái)調(diào)控異物反應(yīng)。這些傳統(tǒng)策略在一定程度和范圍內(nèi)解決了異物反應(yīng)問(wèn)題，然而這些策略都有各自的缺陷。通過(guò)優(yōu)化材料的物理性質(zhì)雖然能夠起到一定作用，但怎樣的物理性質(zhì)能夠最大限度的減輕異物反應(yīng)始終沒(méi)有一個(gè)既定的規(guī)則和經(jīng)驗(yàn)，且不同的植入材料和器械需要特定的物理性質(zhì)，因此該方法僅在一些特定的條件下適用，不具有普適性。通過(guò)結(jié)合抗炎藥物（例如皮質(zhì)類(lèi)激素）或生物制劑（例如抗炎癥的蛋白類(lèi)抑制劑）是抵制炎癥和異物反應(yīng)常用的策略，然而這些藥物或生物制劑會(huì)帶來(lái)毒性和副作用的擔(dān)憂。此外，藥物的穩(wěn)定性問(wèn)題造成這種策略難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間抗異物反應(yīng)功能。生物活性策略同樣也不是普適的方法，對(duì)于紛繁多樣的生物材料，通常需要針對(duì)每一種特定用途的植入體或醫(yī)療器械的表面進(jìn)行特定的功能修飾才能滿足需求。此外，造成異物反應(yīng)的源頭因素：蛋白的非特異性吸附在傳統(tǒng)抗異物反應(yīng)策略中依然難克服。

圖1. 異物反應(yīng)的機(jī)制，三類(lèi)抗異物反應(yīng)新材料及應(yīng)用。

  近年來(lái)，抗異物反應(yīng)新材料出現(xiàn)為這一領(lǐng)域提供了新的策略。該文章重點(diǎn)介紹目前有限的三類(lèi)抗異物反應(yīng)新材料，即兩性離子聚合物材料、改性的海藻酸材料和氨基酸聚合物材料（聚β-絲氨酸），以及它們各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)（圖2-4）。兩性離子聚合物在材料表面能夠形成較強(qiáng)的水化層，其較強(qiáng)的親水性和生物相容性被廣泛用于抗粘附領(lǐng)域�；谄漭^強(qiáng)的抗粘附功能，羧酸甜菜堿（CBMA）水凝膠首先被報(bào)道具有抵制異物反應(yīng)的功能（Nat. Biotechnol.2013, 31, 553-556）。此后，一些其他的兩性離子類(lèi)材料也被報(bào)道能夠抵制異物反應(yīng)，例如磺酸甜菜堿涂層、聚乙烯亞胺/海藻酸水凝膠材料等。第二類(lèi)抗異物反應(yīng)材料是修飾的海藻酸凝膠，其中一些含有三唑結(jié)構(gòu)的海藻酸凝膠抗異物反應(yīng)效果最好（Nat. Biotechnol. 2016, 34, 345-352），因此特定基團(tuán)對(duì)免疫調(diào)控具有潛在的影響，研究者可以進(jìn)一步探索異物反應(yīng)材料的構(gòu)效關(guān)系。第三類(lèi)抗異物反應(yīng)材料是劉潤(rùn)輝教授課題組在今年3月報(bào)道報(bào)道的蠶絲蛋白啟發(fā)的聚β-絲氨酸，這類(lèi)仿生材料結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生物相容性好、具有不受環(huán)境電荷影響的特殊優(yōu)勢(shì)（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 9586-9593）。

圖2. 兩性離子（羧酸甜菜堿）水凝膠抵制異物反應(yīng)。

圖3. 改性的海藻酸水凝膠抵制異物反應(yīng)。

圖4. 聚β-絲氨酸水凝膠抵制異物反應(yīng)。

  基于新材料策略，抗異物反應(yīng)的應(yīng)用不斷被報(bào)道，該論文綜述了抗異物反應(yīng)材料的最新應(yīng)用進(jìn)展，包括作為植入體本身、傳感器涂層和細(xì)胞封裝治療等方面的應(yīng)用。論文概述了抗異物反應(yīng)材料在人工玻璃體、動(dòng)態(tài)血糖檢測(cè)涂層和胰島封裝的應(yīng)用研究。通過(guò)抗異物反應(yīng)新材料的策略，許多植入材料或醫(yī)療器械有望突破自身的局限，在未來(lái)成為功能優(yōu)異的產(chǎn)品。

  華東理工大學(xué)材料學(xué)院博士研究生張東輝是該成果的第一作者，劉潤(rùn)輝教授是通訊作者。該成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部等基金的資助。

  論文鏈接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202007226