肠道吻合口泄露导致液体泄漏排入腹部是腹部手术术后并发症之一，根据部位和患者状况不同发病率在4%-2%间，死亡率达27%。当前可用的外科手术密封剂不能很好的解决这一问题，尤其最常用的纤维蛋白胶由于粘合力不足和化学不稳定而失效。
瑞士联邦材料科学与技术实验室大学IngeK.Herrmann教授（通讯作者）团队提出了一种化学上具有高抵抗力，密封性和粘膜粘附性的水凝胶密封胶，该密封胶通过横贯水凝胶和组织的互穿网络移植到肠壁的表面。他们用丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸甲酯和双丙烯酰胺共聚该水凝胶密封胶，在两种不同的离体方案中研究了密封胶的性能。相关成果以“ChemicallyStable,StronglyAdhesiveSealantPatchforIntestinalAnastomoticLeakagePrevention”为题发表在《AdvancedFunctionalMaterials》上。
图文导读图.水凝胶制备使用示意图
聚（丙烯酰胺-丙烯酸甲酯-丙烯酸）P（AAm-MA-AA）水凝胶由丙烯酰胺、丙烯酸甲酯，、丙烯酸和双丙烯酰胺聚合而成。水凝胶有两种组织应用的方法：非原位（ai）：初步制备的水凝胶直接应用于肠道组织，仅通过粘膜粘附保持在适当位置；原位（aii）即用低剂量的紫外线对在组成与水凝胶相同的水性单体混合物中短暂浸泡过的水凝胶进行短暂的照射后，可使肠道组织和水凝胶间形成相互渗透的网络。经此制备的水凝胶可即时黏附肠壁且粘附性强（b）。
图2.水凝胶在体液中的溶胀情况
水凝胶的SEM图像显示最初凝胶表面结构致密，浸入模拟肠液（SIF）后则变得高度多孔（a）。将凝胶浸入不同生物液体（PBS、Bile、SIF）中并观察溶胀率可见，不管何种生物液体均在4h后达到平台而溶胀率不同（b），这是由于丙烯酸甲酯部分赋予水凝胶基质的疏水性。将水凝胶I与Tachosil的胶原蛋白背衬II和纤维蛋白粘附层TachosilIII在不同生物液体中浸泡24h并对比，水凝胶可溶胀避免吻合口泄露同时保持化学稳定性，而临床常用的Tachosil不仅会改变质地甚至在SIF中完全溶解，可见Tachosil的局限性（c）。
图3.水凝胶的粘附性
为了确定水凝胶的粘附性，将原位水凝胶、非原位水凝胶与Tachosil进行对比，不管是T剥离还是搭接剥离，Tachosil的性能都远小于原位水凝胶和非原位水凝胶（a，b），这说明不管是水凝胶的原位还是非原位应用，其密封效果都远好于常用的Tachoil。为了解释凝胶网络的结构完整性及其局限性以及肠液吸收引起的变化，采用流变学进一步研究，可见原位样品的储能模量（G）是异位水凝胶的两倍，浸入肠液后相比非原位，原位膜量有显著降低模量但均基本保持恒定（c），这是因为原位的交联密度更高，并且存在互穿网络，但所有水凝胶的网络仍保持完整，可见凝胶网络具有长期稳定性。在（d）中制备样品不管是否浸入SIF都具有宽线性粘弹性区域，这也进一步证实了凝胶网络的高稳定性。
图4.水凝胶的生物相容性
为了确定水凝胶的生物相容性，细胞在水凝胶条件培养后采用LDH释放测定，结果显示细胞毒性可忽略不（a），可见水凝胶具有良好的生物相容性。紫外照射水凝胶条件的细胞和普通细胞，其活性基本一致（b），这同样表示了水凝胶的适用性。在实际应用中，将裸肠（cI）和水凝胶黏附的猪肠（cII）比较观察到原位和非原位样品（c-iii，iv）都牢固地粘合到肠壁的外部，同时保留了完整的绒毛和浆液结构，并且与对照相同；经SIF接触2h后原位或非原位水凝胶样品（c-vi，vii）都不会对肠浆膜造成明显的损害。
图5.水凝胶在组织应用互穿网络尺寸
将原位和非原位的组织学切片用亚甲蓝染色，可见非原位水凝胶位于肠道浆膜界面，而原位样品则有浆膜延伸部分的蓝色，这表明组织中互穿网络的尺寸（a）。在拉曼光谱和相应的k均值聚类图（b）结果与亚甲基蓝染色的组织学切片非常吻合，将其转换为渗透深度的函数（c）表明，原位样品在组织内的穿透力估计为26–30μm。非原位样品的定位更集中，组织重叠为6-μm。
图6.水凝胶的密封性
为了评估水凝胶实际应用的密封性，采用了流动模型和固定模型。尽管Tachosil贴片在前5分钟内泄漏，但异位水凝胶贴片在5h后才出现渗漏，原位贴片在整个实验过程中（24h）都未观察到渗漏（a）。在相同条件下，记录的最大爆破压力与流动模型中观察到的泄漏顺序一致（b）。这进一步证明了Tachosil在吻合口泄漏的作为缝合线的局限性。在固定模型实验中将水凝胶样品附着在带有4mm直径孔的正方形小肠上。将肠片安装在杯子上，然后将其装满0gSIF，并在37°C和00％湿度下轻轻搅拌，以模拟自然的肠道运动和状况（c），经Tachosil处理的样品中约9g的SIF在0.5h后泄漏。非原位样品泄漏速度有所降低，8小时后只有2gSIF泄漏，但是最终都会脱落，24小时后完全失效。而原位8小时几乎完全密封，即使在24小时后，原位处理的样品也只有2g泄露（d）。
小结本研究制备了一种具有互穿网络，相互贯穿的组织水凝胶密封胶，用于密封吻合口的泄漏。与临床使用的Tachosi相比，具有化学稳定性和可溶胀性。原位和非原位水凝胶均表现出与周围组织相容的机械性能，即使暴露于模拟肠液的环境中后仍能承受腹膜腔预期应力的耐用性。
申明：本