以口腔潰瘍?yōu)榇淼南盗锌谇火つげ∈桥R床常見病，常伴疼痛不適感且具有反復(fù)發(fā)作特點(diǎn)，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量和身心健康。與體表皮膚不同，口腔黏膜處于一個(gè)持續(xù)濕潤和高度活動(dòng)的狀態(tài)，不僅有舌頭的運(yùn)動(dòng)、內(nèi)源性唾液分泌、外源性食物沖刷，咀嚼、說話、吞咽、甚至面部表情變化都會(huì)對(duì)黏膜表面造成影響。這些復(fù)雜環(huán)境為口腔黏膜病局部外用藥物治療帶來了極大的挑戰(zhàn)，無論是溶液、粉末、軟膏等局部制劑，常因口腔內(nèi)停留時(shí)間短，無法達(dá)到理想的修復(fù)效果。理想的口腔黏膜局部修復(fù)材料除了要滿足生物安全性和生物相容性等基本要求外，還應(yīng)薄而有彈性，具有良好的濕性環(huán)境組織粘附性，能夠抵抗液體沖洗和口腔運(yùn)動(dòng)，最大限度地減少患者的口腔不適感。
有一種在口腔環(huán)境下應(yīng)用已久的材料—光固化齒科材料，其獨(dú)特的單組份光固化不僅易于操作且過程精確可控，因此在牙科領(lǐng)域取得巨大成功。受此啟發(fā)，上海交通大學(xué)林秋寧研究員、朱麟勇教授研究團(tuán)隊(duì)與上海交通大學(xué)第九人民醫(yī)院蔣欣泉教授研究團(tuán)隊(duì)合作，提出使用光固化水凝膠粘合劑作為口腔黏膜修復(fù)材料。然而，構(gòu)建齒科材料的光引發(fā)自由基聚合機(jī)制不能簡單地嫁接到水凝膠粘合劑中應(yīng)用于黏膜修復(fù)。一方面，自由基存在一定的生物毒性，會(huì)對(duì)粘膜造成進(jìn)一步損傷；另一方面，自由基聚合存在氧阻聚問題，降低了材料的交聯(lián)效率，這個(gè)問題在制備薄層水凝膠時(shí)尤為突出，甚至完全阻礙了水凝膠的形成。在前期工作中，該團(tuán)隊(duì)提出并發(fā)展了一類基于非自由基的光偶聯(lián)反應(yīng)（Adv. Mater.2014, 26, 3912; Adv. Mater.2015, 27, 1647; Adv. Mater. 2016, 28, 2724; Nat. Commun. 2019, 10, 2060; Nat. Commun.2021, 12, 1670; Sci. Adv., 2021, 7, eabg0628），通過光觸發(fā)醛基與氨基的偶聯(lián)反應(yīng)，在形成水凝膠交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)使膠層錨定在組織表面，該水凝膠技術(shù)不僅克服了自由基體系的固有缺陷，而且具備優(yōu)異的組織粘附特性。然而，醛基與氨基反應(yīng)緩慢的動(dòng)力學(xué)限制了其在潮濕和動(dòng)態(tài)口腔環(huán)境中的應(yīng)用。
基于此，該團(tuán)隊(duì)借鑒了體內(nèi)蛋白亞硝基化（SNO化，一種蛋白翻譯后修飾）反應(yīng)具有瞬時(shí)完成的特點(diǎn)，發(fā)展了一種快速、非自由基的光偶聯(lián)反應(yīng)——光誘導(dǎo)巰基與亞硝基交聯(lián)反應(yīng)構(gòu)建水凝膠粘合劑用于口腔黏膜修復(fù)（圖1）。該水凝膠粘合劑由環(huán)狀鄰硝基芐基化合物修飾的透明質(zhì)酸大分子單組份構(gòu)成。光照時(shí)，環(huán)狀鄰硝基芐基化合物光釋放巰基、亞硝基、醛基三個(gè)活性基團(tuán)，其中巰基與亞硝基交聯(lián)快速成膠，醛基則與組織表面的蛋白氨基鍵合實(shí)現(xiàn)膠層與組織的粘附固定。該非自由基光偶聯(lián)反應(yīng)規(guī)避了自由基聚合體系的氧阻聚問題，但交聯(lián)速度可完全媲美自由基聚合體系（成膠時(shí)間<5s），所構(gòu)建的水凝膠粘合劑具有。ê穸<0.4 mm）、粘(組織粘合強(qiáng)度>40 kPa)、彈（140%形變范圍內(nèi)可任意循環(huán)拉伸）、可降解的特性，能夠長效（超過24小時(shí)）保護(hù)粘膜傷口不受液體沖洗、口腔運(yùn)動(dòng)和摩擦等干擾。
圖1 快速、非自由基光偶聯(lián)反應(yīng)構(gòu)建水凝膠粘合劑
該團(tuán)隊(duì)首先評(píng)價(jià)了環(huán)狀鄰硝基芐基化合物修飾的透明質(zhì)酸光釋放巰基、亞硝基、醛基活性基團(tuán)的能力，并驗(yàn)證了光誘導(dǎo)巰基-亞硝基反應(yīng)構(gòu)建水凝膠的具體反應(yīng)機(jī)制（圖2）。進(jìn)一步，該團(tuán)隊(duì)對(duì)水凝膠的成膠速度、成膠過程氧氣敏感性以及水凝膠機(jī)械性能進(jìn)行了全面的評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，該水凝膠的交聯(lián)速度可達(dá)秒級(jí)，與自由基聚合體系相當(dāng)；但是與自由基聚合體系不同的是，該水凝膠的交聯(lián)過程完全不受氧氣干擾，因此能夠制備完整的薄膜，并且其彈性、溶脹以及強(qiáng)度都能夠適配口腔環(huán)境下的使用要求。
圖2 光偶聯(lián)反應(yīng)構(gòu)建水凝膠的交聯(lián)機(jī)理以及性能表征。
為了評(píng)價(jià)水凝膠的粘附性能，該團(tuán)隊(duì)在浸入人工唾液的兩塊軟組織之間使用該水凝膠進(jìn)行粘接，水凝膠可負(fù)載數(shù)百倍自身重量的重物而不脫落，從而說明該凝膠可在口腔濕性環(huán)境下與黏膜組織間有效粘附。進(jìn)一步將該水凝膠應(yīng)用在大鼠舌上時(shí)，薄水凝膠層與濕性的舌頭表面緊密粘合，能夠抵抗舌部的反復(fù)拉伸而不脫落(圖3)。
圖3 水凝膠粘合劑的細(xì)胞相容性和組織粘附能力測(cè)試
最后，該團(tuán)隊(duì)分別采用小動(dòng)物（小鼠）和大動(dòng)物（豬）的口腔黏膜缺損模型評(píng)價(jià)該水凝膠粘合劑的治療效果，并以商品化透明質(zhì)酸凝膠產(chǎn)品——Gengigel作為對(duì)照（該產(chǎn)品在大鼠口腔黏膜存留時(shí)間小于2小時(shí)）。與對(duì)照商品相比，該水凝膠粘合劑封閉后的黏膜缺損處細(xì)菌侵襲減少、炎性浸潤細(xì)胞減少、細(xì)胞增殖加速。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，透明質(zhì)酸分子作為水凝膠粘合劑的主要成分長效停留在組織創(chuàng)面處，具有促進(jìn)利于組織修復(fù)的M2型巨噬細(xì)胞極化的作用，使得黏膜缺損修復(fù)的微環(huán)境得以改善，組織創(chuàng)面愈合率大大增加。尤其是在豬口腔黏膜缺損直徑達(dá)20 mm的創(chuàng)面，僅術(shù)后涂抹一次，便實(shí)現(xiàn)了早期（6天）快速愈合（圖4）。綜上，該新型水凝膠粘合劑具有簡便的操作性，優(yōu)異的濕性組織粘附力和適配的機(jī)械強(qiáng)度，可適應(yīng)于口腔黏膜所處的復(fù)雜生理環(huán)境，為口腔黏膜病局部治療提供了新材料與新策略，有望幫助患者擺脫口腔潰瘍等疾病帶來的困擾。
圖4 水凝膠粘合劑促進(jìn)豬粘膜缺損的愈合
相關(guān)成果以“Promoting Oral Mucosal Wound Healing with a Hydrogel Adhesive Based on a Phototriggered S-Nitrosylation Coupling Reaction”為題，發(fā)表在《Advanced Materials》上。上海交通大學(xué)第九人民醫(yī)院張文杰博士、上海交通大學(xué)鮑丙坤博士、上海交通大學(xué)第九人民醫(yī)院江飛博士為論文共同第一作者，上海交通大學(xué)林秋寧研究員、上海交通大學(xué)第九人民醫(yī)院蔣欣泉教授和上海交通大學(xué)朱麟勇教授為論文通訊作者。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202105667
