介绍
我们中的许多人在体育活动中会突然损伤肌腱，或者是由于过度使用而导致的日常磨损。肌腱撕裂或拉伤（最常见的是跟腱、屈肌或肩袖肌腱）会导致持续疼痛，手术后需要很长时间才能愈合，尤其是老年人。因为将我们的肌肉连接到骨骼的亮白色绳索必须再生它们传递强大机械力的能力，从而使我们的关节能够移动。
目前，迫切需要一种对于治疗肌腱损伤的更有效的疗法。尽管手术方法、新的移植疗法和更有效的康复取得了进步，但严重受伤的肌腱很少能恢复健康肌腱的结构完整性和机械强度，这往往给患者带来慢性负担。此外，尽管许多基于水凝胶的材料用于伤口敷料、组织修复和再生、医疗植入物、透皮药物递送和生物电子学，但没有一种材料表现出适当的粘合性能和肌腱应用所需的广泛多功能性。
摘要
提供机械支持和可持续释放疗法的水凝胶已被用于治疗肌腱损伤。然而，大多数水凝胶都不够坚韧，会突然释放药物，并且需要细胞浸润或缝合以与周围组织结合。最近，科研人员报告了一种水凝胶作为一种高容量的药物储存库，并结合了一侧的耗散坚韧基质和另一侧的壳聚糖粘合表面，支持肌腱滑动和强粘附力（大于 1,000 J m-2）到肌腱水凝胶的相反表面，正如我们在循环摩擦载荷期间用猪和人肌腱制剂展示的那样。该水凝胶具有生物相容性，与活体大鼠的髌骨、冈上肌和跟腱紧密贴合，在大鼠跟腱断裂模型中促进愈合并减少瘢痕形成，并在大鼠髌腱损伤模型中可持续释放皮质类固醇曲安奈德，减少炎症，调节趋化因子分泌，募集肌腱干细胞和祖细胞，并促进巨噬细胞极化为 M2 表型。具有“Janus”表面和持续药物释放功能的水凝胶可以设计用于一系列生物医学应用。
解析
JTA 的高机械韧性是使用双互穿水凝胶网络实现的，该网络结合了海藻酸钠水凝胶通过离子键解离耗散能量的能力，以及可在整个网络中分布应力的高弹性共价交联丙烯酰胺水凝胶。通过将富含胺的桥接聚合物壳聚糖单侧偶联到耗散性海藻酸盐丙烯酰胺水凝胶上来实现对组织的粘附。JTA 可将同时提供机械组织完整性和受控的空间和时间药物输送，用于治疗或预防肌腱损伤。
图 1：肌腱 JTA 多功能性能的愿景概述。JTA 水凝胶包含坚韧的水凝胶耗散基质和粘性壳聚糖表面。这种坚韧的水凝胶是通过将钙离子交联的藻酸盐和共价交联的聚丙烯酰胺 (PAAM) 结合起来合成的。除了组织粘附外，该材料还可以促进周围组织的滑动，并用作药物输送系统，用于局部释放诸如曲安奈德之类的药物，如本研究所示。
该团队证明了JTA 与涂有血液的猪肌腱牢固结合，研究人员发现它们与不同类型的肌腱的结合比现有的组织粘合剂 TISSEEL、Dermabond 和 SurgiCel 更强。研究人员还在大鼠体内模型的髌骨、足屈肌和跟腱旁边植入了 JTA，并通过磁共振成像 (MRI) 和高频超声非侵入性地证实了它们的强肌腱粘连。
图 2：JTA 牢固地粘附在不同的肌腱表面上。
为了证明 JTA 的弹性和弹性保护肌腱并使它们能够滑动，研究人员将它们连接到体外人类手的屈肌腱上，在数百个周期内伸展和弯曲手腕，没有发现磨损或分解的迹象。重要的是，当研究人员将 JTA 应用于破裂的大鼠髌腱时，它们在植入3周后仍保持原位并促进肌腱愈合。与没有用 JTA 治疗的手术修复肌腱相比，它们还减少了 25% 的疤痕形成。
图 3：JTA 促进肌腱滑行。
由于炎症，疤痕通常伴随着愈合，并导致肌腱功能的长期丧失。研究人员使用大鼠髌骨损伤模型研究了皮质类固醇（一种抗炎模型药物）的作用，该药物被 JTA 包裹并以持续方式释放。使用最先进的成像技术和分子免疫分析，研究表明，在用负载皮质类固醇的 JTA 治疗的肌腱中，减少了炎症，还调节了趋化因子分泌，募集肌腱干细胞和祖细胞，并促进巨噬细胞极化为 M2 表型。
图 4：JTA 与肌腱具有生物相容性并支持愈合。
总结
JTA 的一个吸引人的转化特征是大多数组件被 FDA 批准用于其他设备，并广泛用于其他临床应用。海藻酸盐、壳聚糖和聚丙烯酰胺用于几种商业化产品，并针对内部和外部适应症进行了广泛的动物试验26、72、73。海藻酸盐和壳聚糖已用于许多伤口敷料（例如，Algisite M、ChitoFlex）和作为蛋白质输送系统（例如，Emdogain74、75、76），聚丙烯酰胺（例如，Bulkamid）用作填充材料治疗尿失禁77,78。材料的这些有利特性以及对更大组织的可扩展性使 JTA 能够进一步开发临床应用。鉴于 JTA 的机械性能、滑动特性和药物递送概念，最相关的临床用途包括促进通过相邻结构的滑动和小分子的局部释放。JTA 本身很可能被监管为 II 类设备 (510(k))，而提供药物的 JTA 的翻译可能会被监管为 III 类上市前批准组合产品。其他临床用途可能是可能的，但在本研究中未进行调查。总之，这里描述的用于治疗和预防复发性肌腱损伤的 JTA 设计可以实现一系列应用，例如潜在的缝合线增强、同时促进机械支撑和肌腱滑动以及局部给药。
相关论文以题为Enhanced tendonhealing by a tough hydrogel with an adhesive side and high drug-loadingcapacity发表在《Polymer Chemistry》上。通讯作者是诺华生物医学研究所Eckhard Weber教授, 和哈佛大学David J. Mooney教授。
参考文献：
https://doi.org/10.1038/s41551-021-00810-0
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