傳統角膜移植手術中角膜植片通過顯微縫線固定，但是術后存在縫線相關散光、新生血管、縫線感染和植片排斥等諸多潛在并發癥，影響角膜移植手術遠期療效。無縫線固定技術一直是研究的熱點，目前常用的組織粘合劑氰基丙烯酸酯和纖維蛋白膠，前者具有一定毒性、缺乏透明度和柔韌性以及快速聚合過程存在產熱效應，而低粘附強度是纖維蛋白粘合劑不可避免的缺點。
2021年7月6日，我校中山眼科中心為唯一單位，袁進教授作為唯一通訊作者，趙軒博士后和李賽群副主任醫師為共同第一作者在Bioactive Materials（Available online 6 July 2021，工程技術Top期刊，中科院一區，影響因子14.593）發表題為“Natural Polymer-Derived Photocurable Bioadhesive Hydrogels for Sutureless Keratoplasty”的研究論文。該工作研發了一種由甲基丙烯酰化明膠（GelMA）和氧化葡聚糖（ODex）組成的光固化生物粘合性水凝膠。該新型生物粘合劑具備良好的光學透明性、組織粘附性和細胞生物相容性，實現了無損傷、無縫線原位固定板層角膜植片，為眼科和外科手術的組織固定提供了新的思路。這也是該團隊繼“納米復合型生物載藥角膜接觸鏡（ACS Nano 2016）”、“化學結枝修飾生物活性羊膜（Frontiers in Bioengineering and Biotechnology 2020）”之后又一重要成果。
在這項研究工作中，研究人員設計了一種基于GelMA的粘合性水凝膠，并通過引入ODex在可見光下固化形成雙網絡、雙交聯凝膠，實現快速有效、安全的固化與粘合（圖1）。
圖1 新型水凝膠分子構型和外觀
新型水凝膠具有理想的粘合劑理化特性，其凝固后的透光率在可見光范圍內均超過90%。且優選成分比例（G20OD5）的粘合性凝膠具有最低的溶脹率（11.19±0.59%）和最佳的耐酶解性。在離體的豬角膜壓力測試中，G20OD5可承受超285 mmHg的眼內壓，這些性質有利于角膜厚度的維持及長時間的牢固粘合。（圖2）。
圖2 新型水凝膠理化特性
通過平面培養和三維立體培養的體外細胞實驗證明，該粘合體系無細胞毒性且不會引起角膜基質纖維細胞的轉型，導致額外的角膜基質瘢痕反應（圖3）。
圖3 新型水凝膠生物安全性
在新西蘭兔角膜板層移植模型中，該粘合劑表現出良好的操作便捷性，將粘合性水凝膠預聚液滴加在植床上后，對合供體角膜。再通過可見光（405nm）光照4分鐘實現供體與受體組織的粘合，前段OCT圖像顯示術后角膜供體與受體貼合緊密，邊緣連接處無明顯縫隙（圖4）。
圖4 新型水凝膠光固化重構
采用該生物粘合劑替代傳統縫線固定，角膜植片與角膜植床貼附良好，裂隙燈顯微鏡和眼前段OCT均顯示移植后角膜保持良好光學透明性和表面弧度。H&E染色的顯示術后56天角膜上皮層已恢復正常厚度，未觀察到炎癥細胞。結合電鏡顯示角膜基質層結構正常，受體與供體整合良好，粘合劑的緩慢降解特性完美匹配于植片-植床愈合規律（圖5）。
圖5 新型光固化凝膠的在體轉歸
該團隊研發的光固化生物粘合性水凝膠，具有高透光率、耐酶解和優異的生物相容性，以及更高的粘附強度，新型凝膠的光固化特性為手術醫生進行手術設計規劃提供了便捷可操作性，實現角膜植片的原位無縫線固定。
本項研究成果得到了國家自然科學基金(81870633)、廣東省重點領域研發計劃(2020B1111150002)的支持。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X21003224
