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叠氮化透明质酸-胶原水凝胶（HA50-Col3）用于修复角膜缺损的研究

发布时间：2021-04-13 作者：axc 分享到：

角膜是眼球的最外层部分，能够将光聚焦到眼内神经感觉系统上并为眼球提供保护，然而角膜损伤或疾病会迅速导致角膜瘢痕和变薄，**导致失明。角膜移植能****角膜盲，但存在角膜供体短缺等问题。克服角膜移植限制的一个**的方法是使用生物材料来替代受损的角膜组织。通过生物正交应变反应促进的叠氮化物-炔烃环加成（SPACC）反应来交联透明质酸和胶原蛋白的方法，制备了一种可流入角膜缺陷并在几分钟内交联的新型水凝胶。

**，用叠氮化物和二苯并环辛炔胺（DBCO）在N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）催化作用下对透明质酸和胶原进行改性（图1a, b）。通过吸光度光谱对DBCO和叠氮化物进行了定量分析，结果表明DBCO的取代度为4.63%，而叠氮化物的取代度为1.66%。然后将透析后的叠氮化透明质酸（HA-azide）与接枝BDCO的胶原（Col-DBCO）混合，通过SPAAC反应交联，制备透明质酸-胶原水凝胶（图1c）。

接着，在体积比为1：1的情况下，通过调控不同浓度的HA-azide与Col-DBCO研究了水凝胶的力学性能。当Col-DBCO保持在3 mg/mL时，水凝胶的储存和损失模量随HA-azide的增加而增加，同样的，当HA-azide浓度保持在50 mg/mL时，Col-DBCO含量从1增加到3 mg/mL时，两个模量也增加。其中HA-azide的**浓度为25 mg/mL和1.5 mg/mL Col-DBCO（HA50-Col3）水凝胶更硬，更接近角膜基质（图2a-d）。

我们将兔角膜作为角膜缺陷填充物，测量了HA50-Col3水凝胶的力学性能。为了排除胶原蛋白纤维断裂的负面影响，使用完整的角膜（红色圆圈）和受伤的角膜（蓝色圆圈）作为阳性和阴性对照。各样品的储存模量和损失模量随频率的增加而增加，损伤角膜的储存和损失模量约为完好角膜的20%，当填充HA50-Col3水凝胶后，模量增加到完整角膜填充的55％左右。

为了进一步了解HA-Col水凝胶促进角膜创面愈合的潜力，研究者使用板角膜创面模型进行了体内研究。**，在角膜中央用特制的3.5毫米真空环钻损伤角膜，然后将水凝胶加入创面。原位形成凝胶后在7天的伤口愈合过程中，未见到兔角膜上水凝胶的肿胀或收缩且受伤的角膜始终保持透明。同时，角膜切除区域与相邻的正常角膜之间具有平滑的过渡，一周后角膜曲率完全恢复。相反，在不使用凝胶的情况下，角膜切除区域的厚度则比邻近的角膜薄，并且在角膜中央呈凹陷状（图6）。角膜切片免疫荧光染色显示在HA50-Col3处理后的角膜上分别有再生上皮组织和水凝胶两层，而没有应用水凝胶的角膜上只有单层的上皮组织。与此同时，角膜切除区角质细胞比正常角膜和水凝胶处理伤后的角膜细胞更活跃，而且HA50-Col3显着降低了α-SMA的表达，避免形成肌纤维细胞和角膜瘢痕（图7）。总之，HA50-Col3不会引起明显的成肌纤维细胞活化，并且可以支持再生的上皮细胞层内的紧密连接，是具有潜力的作为角膜基质替代的候选材料。