多聚體類抗腹腔粘連材料體系的構(gòu)建及應(yīng)用進(jìn)展

顏帥，樂音子，曾莉

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬蘇州市中醫(yī)醫(yī)院，江蘇 蘇州 215009； 2.南京中醫(yī)藥大學(xué)，江蘇 南京 210023)

腹腔粘連(peritoneal adhesion,PA)由于創(chuàng)傷、感染、脫水、缺血、出血和異物導(dǎo)致?lián)p傷部位與鄰近器官或組織之間形成纖維帶，多見于腹盆腔術(shù)后[1]。腹腔粘連被廣泛認(rèn)為是術(shù)后并發(fā)癥最常見的原因之一，主要包括腸梗阻、女性不孕、再手術(shù)困難和慢性疼痛[2]。在全球外科干預(yù)中，PA的發(fā)病率從37%到90%不等[2]，盡管腹腔粘連病理生理學(xué)已被廣泛研究，但有效的預(yù)防干預(yù)措施仍然匱乏。因此，多年來臨床醫(yī)師和研發(fā)機構(gòu)一致致力于研究PA發(fā)生、發(fā)展的生物學(xué)機制并尋找預(yù)防粘連的手段感興趣的領(lǐng)域。腹部術(shù)后創(chuàng)傷引發(fā)的臟層腹膜的銳性損傷、炎癥因子激活、組織缺氧3方面因素互為因果[3]，深層次作用于相關(guān)信號分子，導(dǎo)致腹腔微環(huán)境穩(wěn)態(tài)紊亂，加重粘連。雖然目前臨床上存在各種各樣抗粘連的方法，因缺乏成熟及系統(tǒng)性的臨床指南及治療方案，加上術(shù)后腹腔粘連的發(fā)生是一個多環(huán)節(jié)、多程序復(fù)雜病理，上述單一的治療方法仍然無法達(dá)到滿意的抗粘連效果。

1 預(yù)防腹腔粘連的藥理學(xué)方法

針對粘連形成的不同病理生理學(xué)作用，多種化合物已嘗試用于預(yù)防粘連，代表性藥物按作用方式已進(jìn)行分類(見表1)。腹膜損傷產(chǎn)生炎性滲出物和纖維蛋白基質(zhì)，一大類藥物試圖減輕炎癥在促進(jìn)粘連形成中的作用；已經(jīng)測試了多種甾體[4-5]和非甾體抗炎化合物[6-9]，以及干擾特定細(xì)胞因子[10]或血管通透性[11]的藥物、清除炎癥產(chǎn)生的自由基的藥物[12-13]和化療藥物[14]。另一種方法是針對受損腹膜中纖維蛋白沉積使用的抗凝劑[15]，可以防止纖維蛋白鏈的形成；同時也使用特異性較低的蛋白水解劑，達(dá)到類似的目的[16-18]。除此之外，有研究者期望在水凝膠[19]、微球[20]和類似的裝置中加入上述化合物，且在動物實驗中表現(xiàn)出良好的抗粘連性能。

2 屏障裝置

理想情況下，無論腹腔鏡手術(shù)還是傳統(tǒng)開放手術(shù)屏障裝置均應(yīng)易于覆蓋受創(chuàng)傷的腹膜，并在整個愈合過程中保持有效的隔離以防止腹腔粘連形成。屏障裝置已經(jīng)過各種形式的測試或商業(yè)開發(fā)，包括聚合物溶液[21,22]、固體膜[23]或原位交聯(lián)水凝膠[24]。固體膜直接放置在粘連的潛在部位，但需要縫線固定在下面的組織上。對于腹腔鏡下應(yīng)用或屏障裝置損傷區(qū)域難以接近的情況，原位交聯(lián)水凝膠是最佳的選擇方式，因為它們可以作為自由流動的液體應(yīng)在創(chuàng)面的范圍進(jìn)行凝固。在各種抗粘連的屏障裝置中，有5種已獲得美國FDA的批準(zhǔn)或批準(zhǔn)銷售：再生纖維素(Interceed?)[25]、膨化聚四氟乙烯(Preclude?)[26]、透明質(zhì)酸-羧甲基纖維素(Seprafilm?)[27]、聚乳酸膜(Surgiwp?)[28]以及4%艾考糊精溶液(adept?)[29]。上述抗粘連材料的詳細(xì)信息見表2。許多抗粘連材料的基質(zhì)來源于多糖，如透明質(zhì)酸、纖維素、葡聚糖或殼聚糖，多屬天然的生物化合物或類天然的生物化合物，具有高度組織相容性，且在其他生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

在動物模型和臨床研究中，所有的屏障裝置在防止粘連形成方面都取得了不同程度的成功。目前臨床應(yīng)用的屏障裝置的短板集中表現(xiàn)在給藥部位的短暫停留時間(組織相容性差)，難以固定在組織上，腹腔鏡手術(shù)下屏障裝置放置不便等[29]。通常與膜或預(yù)先形成的水凝膠形式有關(guān)的另一個缺點是在難以確定要覆蓋的區(qū)域的大小和形狀。因此，外科醫(yī)生須在一定程度上預(yù)測潛在粘連可能形成位置和粘連范圍大小。

3 腹腔內(nèi)控釋的多聚體類抗粘連材料

綜上可知，眾多研究人員聚焦動物模型的抗粘連材料研發(fā)，為什么術(shù)后腹腔粘連這一臨床問題仍然沒有解決呢？假設(shè)單純藥物抗粘連治療的最終失敗在于腹膜的快速清除。相反，屏障裝置的缺點除了物理設(shè)計問題等就是沒有直接解決最基本的生物相容性問題。基于此，控制釋放技術(shù)應(yīng)運而生，既可以提供持續(xù)的藥物水平，還具有物理屏障功能。

表1 選擇性藥理作用方式的抗粘連藥物

表2 已批準(zhǔn)或上市的抗粘連材料

在構(gòu)建腹腔給藥系統(tǒng)時，有兩種主流途徑：一種是微米或納米顆粒，因其較容易均勻分散在創(chuàng)面及腹膜表面；另一種是以水凝膠為基礎(chǔ)，對人體腹膜無明顯副作用的材料制成，如透明質(zhì)酸或纖維素。原位交聯(lián)技術(shù)將使上述材料更易于臨床應(yīng)用，并為外科醫(yī)生判斷覆蓋謹(jǐn)慎的損傷區(qū)域提供有力保障；或者，可將藥物裝載在上述材料預(yù)先形成的膜里。第三種方法是將結(jié)合微米或納米顆粒和水凝膠合并一起的抗粘連系統(tǒng)。在開發(fā)腹腔給藥系統(tǒng)時需要特別注意的問題是，與大多數(shù)其他解剖位置相比，腹膜中的問題要大得多，首先必須評估藥物釋放后是否會引起潛在的粘連，因為這可能會使藥物制劑抗粘連作用大打折扣。

3.1 聚α-羥基酸

在設(shè)計微粒給藥系統(tǒng)時，首選聚α-羥基酸和聚(乳酸-羥基乙酸)，這些聚合物具有優(yōu)異的生物相容性，并且可有效地控制多種藥物的釋放。雖然給藥系統(tǒng)會引起短暫的炎癥反應(yīng)，甚至殘留聚合物引起慢性炎癥反應(yīng)持續(xù)數(shù)月，但是最終大多數(shù)都能逐漸吸收[30]。美國FDA已經(jīng)批注用于臨床。10～100 mg的高分子量聚乳酸-乙醇酸(PLGA)組成的顆粒注射到小鼠腹膜中，覆蓋250～250 μm的1 000倍大小范圍，在這個范圍內(nèi)，所有組都能夠產(chǎn)生粘連，盡管發(fā)生率有所不同。因鼠類是爬行動物，故粘連最常發(fā)生在前壁腹膜上。這些現(xiàn)象啟示即使是少量的顆粒也會積聚在患者相對受限的下腹和骨盆中，造成粘連。相同材料的納米顆粒幾乎沒有粘連，但這僅僅是因為它們離開腹膜，遷移到網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)，特別是脾臟。與高分子量PLGA相比，低分子量PLGA制備的微粒子引起的粘連較少。推測粘連減少的原因與更快的降解有關(guān)，從而導(dǎo)致組織停留時間更短。其他人通過使用PLGA微球釋放地塞米松來減少腹膜粘連，有趣的是，低載量地塞米松的微球使粘連惡化，而高載量的微球卻減少粘連[31]，表明載體本身會促進(jìn)粘連的形成，這一趨勢部分被藥物的抗粘連作用所抵消。在未來進(jìn)一步的工作中，研究者決定最好避免單獨使用聚合物顆粒。

3.2 多糖基質(zhì)

有研究者使用腹膜中的水凝膠釋放低[14]、高分子量化合物[30]，具有不同程度的有效性。特別感興趣的是開發(fā)一種易于使用的系統(tǒng)，除了具有生物相容性和提供充分的藥物釋放控制之外。

3.2.1 殼聚糖 殼聚糖是貝殼和其他甲殼類動物中的天然成分，由甲殼素脫乙酰基產(chǎn)生的帶正電荷的多糖，在體內(nèi)表現(xiàn)出良好的生物相容性和生物降解性[32]。在血液凝固、抗菌能力、傷口愈合等方面優(yōu)勢明顯，與其他聚合物材料相比，殼聚糖基屏障具有良好的止血性能，其在術(shù)后抗粘連方面的應(yīng)用廣泛，主要是因為殼聚糖還可以減少成纖維細(xì)胞的黏附，抑制組織粘連的形成[33]。然而，其在生理溶劑中的弱溶解性嚴(yán)重限制其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，特別是在防止粘連方面[34]。殼聚糖-葡聚糖水凝膠和N,O-羧甲基殼聚糖(NOCC)是殼聚糖在防粘連方面最常用的兩種衍生物。由于NOCC具有良好的組織黏附性和黏彈性以及作為潤滑劑的功能，人們對NOCC的抗黏附性進(jìn)行了大量的研究。Song等[35]將水凝膠應(yīng)用反復(fù)黏附模型中評估抗黏附效果，與生理鹽水和透明質(zhì)酸水凝膠相比，NOCC水凝膠在組織粘連大小、強度和數(shù)量上明顯抑制粘連的發(fā)展，NOCC水凝膠組血液和腹腔灌洗液tPA水平升高，結(jié)果表明NOCC水凝膠有很大的潛力作為抗粘連的候選材料。Diamond等評估NOCC在女性婦科手術(shù)中的安全性和粘連預(yù)防效果[36]。在初始手術(shù)過程中應(yīng)用NOCC或林格氏乳酸鹽溶液，并在第二次腹腔鏡檢查中評估粘連形成。發(fā)現(xiàn)NOCC組僅有38%的部位粘連復(fù)發(fā)，對照組有61%的部位發(fā)生粘連具有明顯統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)。

3.2.2 交聯(lián)透明質(zhì)酸 到目前為止，透明質(zhì)酸的停留時間可以通過與鐵離子的螯合或交聯(lián)來增加其抗粘連的預(yù)防效果[37]。Johns等[38]制備不同濃度和交聯(lián)密度的透明質(zhì)酸制劑，并比較其在兔子宮角和側(cè)腹壁損傷模型中的抗粘連效果。研究結(jié)果表明離子交聯(lián)透明質(zhì)酸比未修飾的透明質(zhì)酸更有效地減少黏附，并且在腹腔中保持更長的停留時間，發(fā)揮更強的黏附性和延遲體內(nèi)降解。Yeo等[39]還探討了交聯(lián)水凝膠在兔子宮角和側(cè)腹壁損傷模型中的粘連預(yù)防作用，上述研究發(fā)現(xiàn)，這種水凝膠在預(yù)防術(shù)后腹腔粘連方面起著持久的物理屏障的作用，與對照組相比，在預(yù)防術(shù)后腹腔粘連形成方面具有顯著的抗粘連效果，表明水凝膠在預(yù)防術(shù)后腹腔粘連方面起著持久的物理屏障作用。遺憾的是以透明質(zhì)酸為基礎(chǔ)的系統(tǒng)有2個主要的缺點：價格昂貴，且與內(nèi)源性透明質(zhì)酸酶結(jié)合后快速地降解。

3.2.3 纖維素衍生物 氧化再生纖維素和羧甲基纖維素是兩種廣泛用于預(yù)防腹腔粘連的纖維素衍生物，Interceed是氧化再生纖維素的代表性產(chǎn)品，也是FDA批準(zhǔn)的第一個防粘連膜。它不僅對身體具有優(yōu)異的生物黏附性和生物相容性，而且省去了固定膜的步驟。移植后，Interceed可在24 h內(nèi)促進(jìn)凝膠膜的生成，覆蓋整個缺損區(qū)，阻斷纖維蛋白降解長達(dá)7～10 d，植入后14 d左右可以完全降解和吸收。Cheng等[40]采用大鼠腹部缺損-盲腸擦傷模型評價氧化再生纖維素復(fù)合紗布預(yù)防術(shù)后組織粘連的效果，結(jié)果表明該紗布對正常細(xì)胞無毒，且能抑制成纖維細(xì)胞的黏附。Naito等[41]將Interceed應(yīng)用于50名接受腹腔鏡結(jié)腸直腸手術(shù)的患者，Interceed組和非Interceed組的不良事件發(fā)生率分別為12.0%和16.3%，在Interceed組中沒有觀察到粘連性腸梗阻發(fā)生。雖然氧化再生纖維素在預(yù)防粘連方面的潛力已被大量研究證實，但血液環(huán)境仍然是臨床實踐中阻礙其抗粘連效果的一個難題。因為即使是少量的血液也可能滲透到氧化再生纖維素，從而導(dǎo)致血塊的形成，誘導(dǎo)膠原沉積和血管增生。除此之外，缺乏組織黏附能力是氧化再生纖維素的另一個缺點，這可能導(dǎo)致抗黏附屏障滑出應(yīng)用位置，降低腹腔粘連療效。

羧甲基纖維素具有良好的生物相容性、高的熱穩(wěn)定性以及與人體組織良好的親和力等突出特點，因此可作為局部屏障基質(zhì)應(yīng)用于抗粘連材料。透明質(zhì)酸鈉-羧甲基纖維素屏障(SepraFilm)是另一種具有代表性的商業(yè)羧甲基纖維素抗粘連產(chǎn)品。透明質(zhì)酸鈉與羧甲基纖維素的聯(lián)合使用可以降低透明質(zhì)酸鈉的清除速率，從而延長抗黏附期。由于羧甲基纖維素在體內(nèi)不容易降解，有效延長了透明質(zhì)酸鈉在SepraFilm中的半衰期，并保留了其在腹腔粘連預(yù)防中的特異性，從而實現(xiàn)功能良好的物理屏障。與易于清除的透明質(zhì)酸鈉不同，SepraFilm可以在受傷區(qū)域牢固黏附至少1周。當(dāng)應(yīng)用于體內(nèi)時，SepraFilm可以在2 d內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z狀態(tài)，并在1月內(nèi)降解。SepraFilm的這一特性，在應(yīng)用于腹腔粘連預(yù)防時，成功地省去了使用縫線的麻煩。與其他聚合物為基礎(chǔ)的抗粘連屏障相比，SepraFilm在許多外科手術(shù)中用途廣泛，即使在有血液存在的情況下也能保持其有效性。此外，它的無毒性和生物相容性可以很好地避免手術(shù)后的異物反應(yīng)。目前已有的臨床報告和研究可確證SepraFilm在減少腹部和盆腔開腹手術(shù)術(shù)后粘連方面的安全性和有效性[42]。然而，SepraFilm的應(yīng)用因以下幾個缺點受限。首先，與Interceed相比，SepraFilm的柔韌性較差，當(dāng)暴露在潮濕的環(huán)境中時，它是脆性和黏性的，且易黏在正常組織上，給外科醫(yī)生帶來諸多不便[43]；此外，SepraFilm價格昂貴，容易導(dǎo)致出血和其他并發(fā)癥以及傷口愈合不良[44]。

4 結(jié)語

盡管有大量的動物實驗和臨床研究抗粘連的生物材料，即使清楚哪種材料臨床有效，但仍很難明確為什么有些材料具有生物相容性能有效防止粘連，而另外一些則不然。雖然多數(shù)抗粘連的材料是親水性的，但這并不意味著不能使用疏水材料(例如聚四氟乙烯或聚乳酸)。也許就像其他一些生物特性一樣，粘連傾向和疏水性之間存在U型關(guān)系。除了材料對環(huán)境的直接物理化學(xué)效應(yīng)外，對它們引起的組織反應(yīng)以及周圍損傷組織愈合的潛在間接機制知之甚少。平時忽視的基本問題反而使得理想抗粘連材料的設(shè)計變得復(fù)雜，如：它們應(yīng)該在腹膜中存留多長時間？腹膜腔應(yīng)該覆蓋多少？如果要使用藥物的控制釋放，哪種藥物或藥物組合是最好的？

自從一個多世紀(jì)前開始努力防止手術(shù)后粘連以來，已經(jīng)開發(fā)和使用許多抗粘連藥物和裝置，但它們的功效和使用范圍仍然有限。腹腔粘連形成仍然是腹部外科的一個挑戰(zhàn)，隨著醫(yī)學(xué)、分子生物學(xué)、組織工程、藥學(xué)和材料科學(xué)的迅速發(fā)展，必將有更多更有效的生物材料應(yīng)用于臨床預(yù)防腹腔粘連。