《Bioactive Materials》：A nature-derived, strong adhesive hydrogel microsphere for wet tissue repair: Multifunctional and clinical potential
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本研究针对湿润动态环境下传统生物支架粘附性差、治疗递送不稳定的难题，受中国大鲵(Andrias davidianus)皮肤分泌物(SSAD)的天然粘附机制启发，开发了一种名为SSAD@GelMA微球(SGM)的新型多功能仿生平台。研究结果表明，SGM在多种湿润组织模型中均表现出卓越的粘附强度和稳定性，并能有效递送治疗药物或细胞，促进细胞外基质(ECM)重塑，显著增强骨、软骨和软组织等湿性伤口的修复效果。该研究为解决流体丰富环境下的组织再生提供了有前景的粘附微球新策略。
在充满体液和动态运动的生理环境中，例如关节腔、口腔或渗出性伤口，传统的生物材料面临着巨大挑战。想象一下，试图在流水冲刷的岩石表面固定一块胶布——这就是当前许多水凝胶微球在湿润组织上试图发挥作用时遇到的困境。它们难以稳定粘附，容易被唾液、滑液或伤口渗出液冲走，或者在关节运动、咀嚼等机械应力下脱离，导致携带的治疗药物或修复细胞无法在目标位置长期驻留并发挥作用。这一核心难题严重限制了生物材料在牙周炎骨缺损、骨关节炎软骨修复、糖尿病足溃疡等常见且棘手的湿性组织损伤治疗中的应用。因此，开发一种能够在动态湿润环境中强力粘附，同时又能高效递送治疗剂并促进组织再生的新型材料，成为了再生医学领域亟待突破的关键。
为此，研究人员从自然界汲取灵感，将目光投向了中国大鲔(Andrias davidianus)，这种生物能在水中通过皮肤分泌物快速封闭伤口。受此启发，研究团队创新性地将大鲵皮肤分泌物水解物(SSAD)与甲基丙烯酰化明胶(GelMA)结合，设计并制备了一种具有湿粘附功能的水凝胶微球(SSAD@GelMA microsphere, SGM)。这项旨在攻克湿组织界面修复难题的研究成果，最终发表在国际知名期刊《Bioactive Materials》上。
为了验证SGM的性能，研究人员运用了几项关键技术方法：首先，他们采用微流控技术结合光交联制备了大小均一的SGM。其次，通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、流变学测试等手段对微球的化学结构、微观形貌、力学性能及粘附机制进行了系统表征。研究还建立了体外模拟生理环境（如模拟唾液/滑液冲洗）的粘附测试模型，以及来源于临床样本（来自重庆医科大学附属口腔医院和第一医院的牙周炎、骨关节炎、糖尿病足患者影像）指导构建的离体组织缺损模型（猪牙槽骨、膝关节、皮肤），以评估其湿粘附能力。此外，通过细胞活力、细胞骨架染色、细胞迁移实验以及转录组测序(RNA-seq)和实时定量聚合酶链式反应(RT-qPCR)等技术，评估了SGM的生物相容性及其对细胞行为的影响。最后，研究构建了大鼠牙周炎骨缺损模型、关节软骨缺损模型和糖尿病皮肤缺损模型，通过显微计算机断层扫描(Micro-CT)、组织学染色（如H&E、TRAP、番红O固绿、Masson）、免疫荧光/免疫组化以及步态分析等方法，在体内综合评价了SGM搭载药物（米诺环素，Mino；去铁胺，DFO）或细胞（软骨干细胞）后的治疗效果。
研究结果显示：
2.1. SGM的制备与表征
研究人员成功制备了SGM。扫描电镜显示微球具有多孔的内部结构，有利于细胞粘附和药物控释。FTIR光谱和Zeta电位测试证实了SSAD成功引入到GelMA网络中。SGM的湿粘附机制归因于SSAD中富含的酚羟基、苯环和疏水氨基酸残基，它们能通过氢键、疏水作用、范德华力和阳离子-π相互作用等多种界面作用力，驱替组织表面的水化层，实现强力粘附。
2.2. SGM的生物相容性评估
细胞实验表明，SGM具有良好的生物相容性，封装在其中的软骨干细胞存活率超过90%，并且SSAD的引入显著促进了细胞的铺展和迁移能力，这得益于其含有的RGD等活性肽段能促进整合素介导的细胞粘附。
2.3. SGM促进细胞外基质分泌
转录组学分析发现，SGM能显著上调与细胞外基质(ECM)合成相关的基因（如Epyc, Matn2, Col11a2）表达。进一步的阿尔新蓝染色和RT-qPCR实验证实，与GelMA微球(GM)相比，SGM能更有效地促进软骨细胞分泌蛋白聚糖和II型胶原(Col II)、聚集蛋白聚糖(Acan)等关键ECM成分，表明其能促进ECM重塑。
2.4. SGM的体外湿粘附性
在模拟牙周炎（唾液/龈沟液冲刷）、骨关节炎（滑液冲刷及关节运动模拟）和糖尿病伤口（渗出液冲刷）的离体猪组织模型上，SGM均表现出远优于传统GM微球的粘附保留能力。在持续流体剪切应力下，SGM能稳定粘附在组织表面，而GM则被大量冲走。定量测试显示，SGM在猪皮上的粘附强度达到18.5 ± 0.7 kPa，显著高于GM的8.6 ± 1.67 kPa。
2.5. SGM在湿组织中介导功能修复的体内验证
2.5.1. SGM在牙周组织再生中的体内功效
在大鼠牙周炎模型中，负载米诺环素(Mino)的SGM(SGM-Mino)治疗组在抑制牙槽骨吸收、减少破骨细胞(TRAP+细胞)数量、促进成骨标志物骨钙素(OCN)和碱性磷酸酶(ALP)表达方面，效果均优于单纯注射Mino或GM-Mino组，几乎将牙槽骨-釉质骨质界(ABC-CEJ)距离恢复至正常水平。
2.5.2. SGM在软骨组织再生中的体内功效
在大鼠关节软骨缺损模型中，负载软骨干细胞的SGM(SGC)治疗6周后，缺损处几乎完全被表面光滑、与周围组织整合良好的新生软骨样组织所填充。组织学染色（H&E，番红O固绿）和II型胶原(Col II)免疫组化显示SGC组形成了类似透明软骨的结构，国际软骨修复学会(ICRS)评分和Mankin评分均显著优于其他组。步态分析也表明SGC组大鼠的步态更接近正常组。
2.5.3. SGM在体内糖尿病伤口模型中的愈合功效
在糖尿病大鼠皮肤全层缺损模型中，负载去铁胺(DFO)的SGM(SGM-DFO)显著加速了伤口闭合，促进了血管生成（CD31和α-SMA双阳性血管密度增加），并改善了胶原纤维的排列和沉积。到第14天，SGM-DFO治疗组的伤口宽度最小，上皮组织紧密，显示出最佳的修复效果。
2.5.4. SSAD水解产物的生物组织相容性
对主要脏器（心、肝、脾、肺、肾）的组织病理学检查以及小鼠口服急性毒性实验和血常规检测表明，SSAD水解产物具有良好的生物相容性，未引起明显的毒性或异常反应。
结论与讨论部分总结并强调了本研究的重要意义。该研究成功开发了一种受大鲵启发的、具有强湿粘附性的多功能水凝胶微球(SGM)。SGM通过SSAD介导的多重界面相互作用（氢键、疏水作用、范德华力、π-π堆积等），在动态湿润的生理环境中实现了对骨、软骨、皮肤等多种组织的稳定粘附，有效抵抗了流体冲刷和机械应力。这不仅解决了传统水凝胶微球在湿性环境中易脱落的核心难题，还赋予了其作为药物和细胞递送平台的优异性能。
更重要的是，SGM超越了单纯的物理粘附和递送功能。SSAD本身的生物活性（如含有RGD模体、生长因子等）能够激活细胞迁移、促进细胞外基质(ECM)合成与重塑（通过上调Col11a2、Matn2等基因，并可能调节细胞骨架和MAPK信号通路），从而与所携带的治疗剂（如Mino, DFO）或修复细胞产生协同效应，显著放大内源性修复能力。
与基于多巴胺的贻贝仿生材料或临床常用的纤维蛋白胶、氰基丙烯酸酯粘合剂相比，SGM展现出了在湿润环境下的粘附优势、优异的生物相容性以及集粘附、递送、促修复于一体的多功能性。研究通过在牙周炎骨缺损、关节软骨缺损和糖尿病皮肤伤口这三个具有代表性的湿性组织模型中的成功验证，证明了SGM策略的普适性和临床转化潜力。
总之，这项工作开创性地将天然生物粘附机制与微球递送系统相结合，为治疗复杂、流体暴露的组织缺损提供了一个通用、有效且具有临床前景的新策略，在再生医学领域树立了一个新的范例。
