浙江大学欧阳宏伟教授《自然·通讯》：丝素水凝胶粘接剂可实现半月板撕裂的密闭重建

尽管半月板撕裂的方向不尽相同，但缝合修复始终是临床上的黄金治疗方法。在这一手术策略中，难以接近的缝合区域与再缝合的脆弱性问题大大限制了治疗效果。从粘附和再生的角度来讲，扩展半月板修复工具极为关键。

在这项研究中，浙江大学欧阳宏伟教授等人设计了一种双功能生物质释放生物粘合剂（S-PIL10），该粘合剂由甲基丙烯酸丝素蛋白与负载生长因子TGF-β1的苯基硼酸离子液体交联而成，集化学机械修复和半月板内再生功能于一体。与纯丝素蛋白凝胶相比，苯基硼酸离子液体（PIL）富集的β-片和氢键的超分子相互作用增强了湿粘合、抗溶胀和抗疲劳能力。此外，S-PIL10对活性氧（ROS）的清除可通过动态硼酸酯键影响炎症微环境，进一步加强局部半月板撕裂修复。此外，S-PIL10还可持续释放TGF-β1用于细胞募集和缺损边缘桥接。兔模型实验在功能上证明了S-PIL10可对半月板撕裂进行无缝致密重建，验证了上述半月板粘合剂概念是可行的，并为修复半月板撕裂的临床前研究提供了一种有希望的革命性策略。相关工作以“Silk fibroin hydrogel adhesive enables sealed-tight reconstruction of meniscus tears”为题发表在Nature Communications。

【文章要点】

从蚕茧中提取的丝素蛋白（SF）是一种典型的天然生物大分子，具有形成β-片的良好特性，如优越的机械性能和良好的生物相容性。而为了满足针对半月板撕裂管理的硬组织的要求，作者提出了一种集成甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）修饰的丝素蛋白（SFMA）、苯基硼酸离子液体（PIL）和生长因子TGF-β1的水凝胶粘合剂S-PIL10（图1）。值得注意的是， PIL的结构具有三个特点：（1）咪唑阳离子中的乙烯基可作为与SFMA共聚的单体；（2） 咪唑盐的结构可产生氢键并促进丝素蛋白β-片结构的形成；（3） 苯基硼酸基团与丝链中的羟基（主要来自酪氨酸和丝氨酸）反应，可在网络中形成动态硼酸酯键。

图1 S-PIL10

因此，S-PIL10的超分子聚合物网络显著增加了β-片结构和氢键的丰富度，从而使粘合剂具有理想的机械性能。细胞因子TGF-β1的持续释放则能够上调半月板相关基因表达，同时S-PIL10本身可清除ROS以改善病理微环境，最大限度地促进半月板再生。最后，通过体内兔模型对这种综合疗效进行预测评估，证明了在没有观察到关节磨损的情况下S-PIL10可进行有效的半月板重建（图2）。

图2 半月板粘合剂的应用示意图

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-47029-6