多聚體類抗腹腔粘連材料體系的構建及應用進展

顏帥，樂音子，曾莉

(1.南京中醫藥大學附屬蘇州市中醫醫院，江蘇 蘇州 215009； 2.南京中醫藥大學，江蘇 南京 210023)

腹腔粘連(peritoneal adhesion,PA)由于創傷、感染、脫水、缺血、出血和異物導致損傷部位與鄰近器官或組織之間形成纖維帶，多見于腹盆腔術后[1]。腹腔粘連被廣泛認為是術后并發癥最常見的原因之一，主要包括腸梗阻、女性不孕、再手術困難和慢性疼痛[2]。在全球外科干預中，PA的發病率從37%到90%不等[2]，盡管腹腔粘連病理生理學已被廣泛研究，但有效的預防干預措施仍然匱乏。因此，多年來臨床醫師和研發機構一致致力于研究PA發生、發展的生物學機制并尋找預防粘連的手段感興趣的領域。腹部術后創傷引發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]，深層次作用于相關信號分子，導致腹腔微環境穩態紊亂，加重粘連。雖然目前臨床上存在各種各樣抗粘連的方法，因缺乏成熟及系統性的臨床指南及治療方案，加上術后腹腔粘連的發生是一個多環節、多程序復雜病理，上述單一的治療方法仍然無法達到滿意的抗粘連效果。

1 預防腹腔粘連的藥理學方法

針對粘連形成的不同病理生理學作用，多種化合物已嘗試用于預防粘連，代表性藥物按作用方式已進行分類(見表1)。腹膜損傷產生炎性滲出物和纖維蛋白基質，一大類藥物試圖減輕炎癥在促進粘連形成中的作用；已經測試了多種甾體[4-5]和非甾體抗炎化合物[6-9]，以及干擾特定細胞因子[10]或血管通透性[11]的藥物、清除炎癥產生的自由基的藥物[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，無論腹腔鏡手術還是傳統開放手術屏障裝置均應易于覆蓋受創傷的腹膜，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。屏障裝置已經過各種形式的測試或商業開發，包括聚合物溶液[21,22]、固體膜[23]或原位交聯水凝膠[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。對于腹腔鏡下應用或屏障裝置損傷區域難以接近的情況，原位交聯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在創面的范圍進行凝固。在各種抗粘連的屏障裝置中，有5種已獲得美國FDA的批準或批準銷售：再生纖維素(Interceed?)[25]、膨化聚四氟乙烯(Preclude?)[26]、透明質酸-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信息見表2。許多抗粘連材料的基質來源于多糖，如透明質酸、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，且在其他生物醫學領域廣泛應用。

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。目前臨床應用的屏障裝置的短板集中表現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，腹腔鏡手術下屏障裝置放置不便等[29]。通常與膜或預先形成的水凝膠形式有關的另一個缺點是在難以確定要覆蓋的區域的大小和形狀。因此，外科醫生須在一定程度上預測潛在粘連可能形成位置和粘連范圍大小。

3 腹腔內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，為什么術后腹腔粘連這一臨床問題仍然沒有解決呢？假設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，控制釋放技術應運而生，既可以提供持續的藥物水平，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 已批準或上市的抗粘連材料

在構建腹腔給藥系統時，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面及腹膜表面；另一種是以水凝膠為基礎，對人體腹膜無明顯副作用的材料制成，如透明質酸或纖維素。原位交聯技術將使上述材料更易于臨床應用，并為外科醫生判斷覆蓋謹慎的損傷區域提供有力保障；或者，可將藥物裝載在上述材料預先形成的膜里。第三種方法是將結合微米或納米顆粒和水凝膠合并一起的抗粘連系統。在開發腹腔給藥系統時需要特別注意的問題是，與大多數其他解剖位置相比，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

在設計微粒給藥系統時，首選聚α-羥基酸和聚(乳酸-羥基乙酸)，這些聚合物具有優異的生物相容性，并且可有效地控制多種藥物的釋放。雖然給藥系統會引起短暫的炎癥反應，甚至殘留聚合物引起慢性炎癥反應持續數月，但是最終大多數都能逐漸吸收[30]。美國FDA已經批注用于臨床。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，所有組都能夠產生粘連，盡管發生率有所不同。因鼠類是爬行動物，故粘連最常發生在前壁腹膜上。這些現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，遷移到網狀內皮系統，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，從而導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

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一種易于使用的系統，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生的帶正電荷的多糖，在體內表現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，其在術后抗粘連方面的應用廣泛，主要是因為殼聚糖還可以減少成纖維細胞的黏附，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重限制其在生物醫學領域的廣泛應用，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的抗黏附性進行了大量的研究。Song等[35]將水凝膠應用反復黏附模型中評估抗黏附效果，與生理鹽水和透明質酸水凝膠相比，NOCC水凝膠在組織粘連大小、強度和數量上明顯抑制粘連的發展，NOCC水凝膠組血液和腹腔灌洗液tPA水平升高，結果表明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在女性婦科手術中的安全性和粘連預防效果[36]。在初始手術過程中應用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。發現NOCC組僅有38%的部位粘連復發，對照組有61%的部位發生粘連具有明顯統計學差異(P<0.05)。

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

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品，也是FDA批準的第一個防粘連膜。它不僅對身體具有優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內促進凝膠膜的生成，覆蓋整個缺損區，阻斷纖維蛋白降解長達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合紗布預防術后組織粘連的效果，結果表明該紗布對正常細胞無毒，且能抑制成纖維細胞的黏附。Naito等[41]將Interceed應用于50名接受腹腔鏡結腸直腸手術的患者，Interceed組和非Interceed組的不良事件發生率分別為12.0%和16.3%，在Interceed組中沒有觀察到粘連性腸梗阻發生。雖然氧化再生纖維素在預防粘連方面的潛力已被大量研究證實，但血液環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，從而導致血塊的形成，誘導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，這可能導致抗黏附屏障滑出應用位置，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應用于抗粘連材料。透明質酸鈉-羧甲基纖維素屏障(SepraFilm)是另一種具有代表性的商業羧甲基纖維素抗粘連產品。透明質酸鈉與羧甲基纖維素的聯合使用可以降低透明質酸鈉的清除速率，從而延長抗黏附期。由于羧甲基纖維素在體內不容易降解，有效延長了透明質酸鈉在SepraFilm中的半衰期，并保留了其在腹腔粘連預防中的特異性，從而實現功能良好的物理屏障。與易于清除的透明質酸鈉不同，SepraFilm可以在受傷區域牢固黏附至少1周。當應用于體內時，SepraFilm可以在2 d內轉變為凝膠狀態，并在1月內降解。SepraFilm的這一特性，在應用于腹腔粘連預防時，成功地省去了使用縫線的麻煩。與其他聚合物為基礎的抗粘連屏障相比，SepraFilm在許多外科手術中用途廣泛，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后的異物反應。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術后粘連方面的安全性和有效性[42]。然而，SepraFilm的應用因以下幾個缺點受限。首先，與Interceed相比，SepraFilm的柔韌性較差，當暴露在潮濕的環境中時，它是脆性和黏性的，且易黏在正常組織上，給外科醫生帶來諸多不便[43]；此外，SepraFilm價格昂貴，容易導致出血和其他并發癥以及傷口愈合不良[44]。

4 結語

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型關系。除了材料對環境的直接物理化學效應外，對它們引起的組織反應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計變得復雜，如：它們應該在腹膜中存留多長時間？腹膜腔應該覆蓋多少？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？

自從一個多世紀前開始努力防止手術后粘連以來，已經開發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，隨著醫學、分子生物學、組織工程、藥學和材料科學的迅速發展，必將有更多更有效的生物材料應用于臨床預防腹腔粘連。