《Hernia》：Enhancing abdominal wall healing using an oriented polycaprolactone microfibrous scaffold prepared using the fiber drawing method: A rabbit model study
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本研究针对腹壁切口疝这一常见术后并发症，开发了一种可生物降解的定向聚己内酯（PCL）微纤维支架。通过纤维牵引技术制备高度定向的微纤维，并在兔模型中验证其促进腹壁切口愈合的效果。结果显示，该支架能够显著提升修复组织的拉伸模量，促进更致密有序的I型胶原沉积和更高的微血管密度，表明其具有增强组织重塑和血管整合的潜力，为临床预防切口疝提供了新的策略。
腹壁切口疝是腹部手术后常见的并发症，发生率在2%至20%之间。即便使用合成补片进行修补，术后复发率仍高达8.7%至32%，长期随访（5-10年）的复发率甚至可达25%-32%。肥胖、糖尿病、长期使用免疫抑制剂等多种因素都会增加切口疝的发生风险。因此，除了改进修补技术，在高风险患者中通过促进切口初期良好愈合来预防切口疝的形成，成为一个重要的研究方向。目前临床常用的永久性合成补片（如聚丙烯）虽能提供可靠的力学支撑，但其永久存留可能引发慢性异物反应、补片收缩、粘连形成和感染等问题。生物可吸收材料和组织工程支架为这一领域带来了新的希望。
为了应对这一挑战，研究人员将目光投向了一种能够模拟细胞外基质的材料——纳米纤维。然而，传统的静电纺丝等技术制备的纳米纤维支架往往存在力学强度不足、纤维取向控制不够精确等问题。纤维牵引法（Fiber Drawing Method）作为一种能够精确控制单根纤维取向的制备技术，展现出独特优势。该方法无需电场，通过从聚合物溶液或熔体液滴中直接牵引出单根纤维，可以实现从纳米到微米尺度的纤维直径控制，并能构建复杂的三维定向结构。
本研究旨在开发并评估一种可生物降解的、高度定向的聚己内酯（PCL）微纤维支架，用于支持腹壁切口愈合并加强修复强度。研究人员假设，定向排列的纤维能够引导细胞沿特定方向生长和细胞外基质沉积，从而促进更快速、更有序的疤痕愈合。
本研究主要采用了以下几种关键技术方法：1. 使用纤维牵引技术制备高度定向的PCL微纤维支架，并通过扫描电子显微镜（SEM）进行表征。2. 通过体外细胞培养（使用小鼠3T3成纤维细胞）进行MTT法细胞代谢活性检测、SEM和荧光显微镜观察，评估支架的生物相容性。3. 建立新西兰白兔（n=16）腹壁切口模型，进行在体植入实验，术后6周取材。4. 对再生组织进行生物力学测试（测定拉伸模量和最大应力）以及组织学和免疫组织化学分析（评估I型胶原沉积、α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）阳性肌成纤维细胞和CD31阳性微血管密度）。
表征牵引纤维
通过扫描电子显微镜（SEM）观察显示，利用牵引技术制备的纤维表面光滑，并沿三个维度平行排列。立体学分析表明，PCL纤维的平均直径为8.70 ± 5.33微米。
PCL纤维生物相容性的体外测试
MTT法检测显示，培养在第1天细胞附着良好，代谢活性呈指数增长，在第14天达到峰值，第21天趋于平稳，表明细胞已形成汇合层并发生接触抑制。SEM观察显示细胞在纤维上附着良好并沿纤维伸展。荧光显微镜观察也证实了在21天实验期间细胞数量的增加，证明了牵引纤维的良好生物相容性。
体内研究
将牵引微纤维与静电纺丝制备的PCL纳米纤维框架结合制成复合支架，植入兔腹壁切口。所有动物均存活至术后6周处死，未见病理变化或炎症迹象。所有切口均愈合，未形成切口疝。
生物力学评估
生物力学测试显示，与对照组相比，支架治疗组的再生腹壁组织具有更高的拉伸模量（弹性模量，E）。支架治疗切口组的平均弹性模量（2.54 ± 0.84 N/mm2）显著高于未治疗切口组（1.44 ± 0.33 N/mm2）。然而，两组之间的最大应力（σmax）未观察到显著差异。这表明支架在愈合早期改善了疤痕组织在弹性范围内的力学性能（刚度），但并未显著影响整个腹壁肌筋膜复合体的极限拉伸强度。
组织学评估
组织学定量评估显示，与单纯缝合的切口相比，支架治疗的切口区域内I型胶原的面积分数显著更高。在支架覆盖的切口区域，I型胶原的分布更均匀，纤维排列更有序。免疫组织化学染色显示，支架治疗组切口区域内的α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）阳性肌成纤维细胞分数以及CD31阳性微血管密度与对照组相比无显著差异。然而，在支架覆盖的切口周围区域，肌成纤维细胞的分数显著高于未覆盖区域。此外，支架覆盖的周围区域显示出比未覆盖区域更高的微血管密度，这些血管常与支架残留物相关。
配对比较分析进一步揭示，无论在支架覆盖还是未覆盖的样本中，切口区域的I型胶原分数、肌成纤维细胞分数和微血管密度均显著高于相应的周围组织，反映了损伤组织的正常愈合反应。特别是在支架覆盖的样本中，切口与周围组织在这些参数上的差异更加显著。
本研究证实，采用纤维牵引法制备的定向PCL微纤维支架能够有效促进腹壁切口的愈合。其主要机制在于引导细胞定向生长、促进更有序和更大量的I型胶原沉积，从而在愈合早期改善疤痕组织的力学性能（表现为更高的弹性模量）。虽然支架的植入并未显著提高整个腹壁样本的极限拉伸强度（这可能受限于周围健康肌肉组织的强度），但它显著增强了疤痕局部在生理负荷下的结构稳定性和协调性。这种早期力学强化对于预防切口裂开和后续疝的形成具有重要的临床意义。
该支架设计精巧，在切口处使用定向微纤维以引导组织再生，同时利用降解较慢的静电纺丝纳米纤维框架提供主要的机械支撑，这种组合策略取得了良好效果。组织学结果证实支架促进了血管生成和组织整合，且未引起明显的异物反应或炎症。
研究的局限性包括样本量相对较小（n=8/组）、仅在单一时间点（术后6周）进行评估，以及兔模型与人类在腹壁解剖和力学环境上的差异。此外，研究未评估术后粘连形成情况。尽管如此，这项初步研究为使用定向微纤维支架增强腹壁愈合的概念提供了有力证据。这种支架尤其适用于存在伤口愈合障碍风险的患者（如肥胖、糖尿病患者），有望通过早期机械强化和引导组织再生来降低切口疝的发生率，改善手术预后。未来的研究需要优化支架制造工艺、进行放大生产，并在更大型的动物模型和更长的观察时间点进行更全面的临床前评估，以推动其向临床应用转化。
