朱麟勇、蒋欣泉、林秋宁等发展神奇胶水，光照五秒即刻修复口腔黏膜

qingtian

以口腔溃疡为代表的系列口腔黏膜病是临床常见病，常伴疼痛不适感且具有反复发作特点，严重影响患者的生活质量和身心健康。与体表皮肤不同，口腔黏膜处于一个持续湿润和高度活动的状态，不仅有舌头的运动、内源性唾液分泌、外源性食物冲刷，咀嚼、说话、吞咽、甚至面部表情变化都会对黏膜表面造成影响。这些复杂环境为口腔黏膜病局部外用药物治疗带来了极大的挑战，无论是溶液、粉末、软膏等局部制剂，常因口腔内停留时间短，无法达到理想的修复效果。理想的口腔黏膜局部修复材料除了要满足生物安全性和生物相容性等基本要求外，还应薄而有弹性，具有良好的湿性环境组织粘附性，能够抵抗液体冲洗和口腔运动，最大限度地减少患者的口腔不适感。
       有一种在口腔环境下应用已久的材料—光固化齿科材料，其独特的单组份光固化不仅易于操作且过程精确可控，因此在牙科领域取得巨大成功。受此启发，上海交通大学朱麟勇教授、林秋宁研究员团队与上海交通大学口腔医学院蒋欣泉教授研究团队合作，提出使用光固化水凝胶粘合剂作为口腔黏膜修复材料。然而，构建齿科材料的光引发自由基聚合机制不能简单地嫁接到水凝胶粘合剂中应用于黏膜修复。一方面，自由基存在一定的生物毒性，会对粘膜造成进一步损伤；另一方面，自由基聚合存在氧阻聚问题，降低了材料的交联效率，这个问题在制备薄层水凝胶时尤为突出，甚至完全阻碍了水凝胶的形成。在前期工作中，该团队提出并发展了一类基于非自由基的光偶联反应（Adv. Mater. 2014, 26, 3912; Ad v. Mater. 2015, 27, 1647; Adv. Mater. 2016, 28, 2724; Nat. Commun. 2019, 10, 2060; Nat. Commun. 2021, 12, 1670; Sci. Adv., 2021, 7, eabg0628），通过光触发醛基与氨基的偶联反应，在形成水凝胶交联网络的同时使胶层锚定在组织表面，该水凝胶技术不仅克服了自由基体系的固有缺陷，而且具备优异的组织粘附特性。然而，醛基与氨基反应缓慢的动力学限制了其在潮湿和动态口腔环境中的应用。

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图1 快速、非自由基光偶联反应构建水凝胶粘合剂

        基于此，该团队借鉴了体内蛋白亚硝基化（SNO化，一种蛋白翻译后修饰）反应具有瞬时完成的特点，发展了一种快速、非自由基的光偶联反应——光诱导巯基与亚硝基交联反应构建水凝胶粘合剂用于口腔黏膜修复（图1）。该水凝胶粘合剂由环状邻硝基苄基化合物修饰的透明质酸大分子单组份构成。光照时，环状邻硝基苄基化合物光释放巯基、亚硝基、醛基三个活性基团，其中巯基与亚硝基交联快速成胶，醛基则与组织表面的蛋白氨基键合实现胶层与组织的粘附固定。该非自由基光偶联反应规避了自由基聚合体系的氧阻聚问题，但交联速度可完全媲美自由基聚合体系（成胶时间<5s），所构建的水凝胶粘合剂具有薄（厚度<0.4 mm）、粘(组织粘合强度>40 kPa)、弹（140%形变范围内可任意循环拉伸）、可降解的特性，能够长效（超过24小时）保护粘膜伤口不受液体冲洗、口腔运动和摩擦等干扰。

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图2 光偶联反应构建水凝胶的交联机理以及性能表征

       该团队首先评价了环状邻硝基苄基化合物修饰的透明质酸光释放巯基、亚硝基、醛基活性基团的能力，并验证了光诱导巯基-亚硝基反应构建水凝胶的具体反应机制（图2）。进一步，该团队对水凝胶的成胶速度、成胶过程氧气敏感性以及水凝胶机械性能进行了全面的评价。结果表明，该水凝胶的交联速度可达秒级，与自由基聚合体系相当；但是与自由基聚合体系不同的是，该水凝胶的交联过程完全不受氧气干扰，因此能够制备完整的薄膜，并且其弹性、溶胀以及强度都能够适配口腔环境下的使用要求。

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图3 水凝胶粘合剂的细胞相容性和组织粘附能力测试

        为了评价水凝胶的粘附性能，该团队在浸入人工唾液的两块软组织之间使用该水凝胶进行粘接，水凝胶可负载数百倍自身重量的重物而不脱落，从而说明该凝胶可在口腔湿性环境下与黏膜组织间有效粘附。进一步将该水凝胶应用在大鼠舌上时，薄水凝胶层与湿性的舌头表面紧密粘合，能够抵抗舌部的反复拉伸而不脱落（图3）。

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图4 水凝胶粘合剂促进猪粘膜缺损的愈合

        最后，该团队分别采用小动物（小鼠）和大动物（猪）的口腔黏膜缺损模型评价该水凝胶粘合剂的治疗效果，并以商品化透明质酸凝胶产品——Gengigel作为对照（该产品在大鼠口腔黏膜存留时间小于2小时）。与对照商品相比，该水凝胶粘合剂封闭后的黏膜缺损处细菌侵袭减少、炎性浸润细胞减少、细胞增殖加速。实验结果表明，透明质酸分子作为水凝胶粘合剂的主要成分长效停留在组织创面处，具有促进利于组织修复的M2型巨噬细胞极化的作用，使得黏膜缺损修复的微环境得以改善，组织创面愈合率大大增加。尤其是在猪口腔黏膜缺损直径达20 mm的创面，仅术后涂抹一次，便实现了早期（6天）快速愈合（图4）。综上，该新型水凝胶粘合剂具有简便的操作性，优异的湿性组织粘附力和适配的机械强度，可适应于口腔黏膜所处的复杂生理环境，为口腔黏膜病局部治疗提供了新材料与新策略，有望帮助患者摆脱口腔溃疡等疾病带来的困扰。
       相关成果以“Promoting Oral Mucosal Wound Healing with a Hydrogel Adhesive Based on a Phototriggered S-Nitrosylation Coupling Reaction”为题发表在《Advanced Materials》上。上海交通大学口腔医学院张文杰博士、上海交通大学鲍丙坤博士、上海交通大学口腔医学院江飞博士为论文共同第一作者，上海交通大学林秋宁研究员、上海交通大学口腔医学院蒋欣泉教授和上海交通大学朱麟勇教授为论文通讯作者。


       文章来源：上海交通大学
        蒋欣泉，主任医师、教授、博士研究生导师。现为上海交通大学口腔医学院副院长、口腔医学系主任，上海交通大学医学院附属第九人民医院口腔修复科主任，国家口腔疾病临床医学研究中心专家委员会副主任，上海高校口腔先进技术与材料工程研究中心主任，上海市口腔医学重点实验室副主任。1994年南京医科大学口腔医学学士、1997年上海同济大学口腔临床医学硕士、2003年上海第二医科大学口腔临床医学博士。2002年-2003年在加拿大Alberta大学作为Exchange博士学习、2004年-2006年间多次作为访问学者在美国UCLA学习与工作。系国家杰出青年基金获得者，教育部长江学者“特聘教授”，中组部万人计划领军人才，国家“百千万人才工程”国家级人选，“十三五”国家重点研发计划首席科学家，上海交通大学特聘教授，澳大利亚悉尼大学（工程与信息技术学院）名誉教授。目前担任国际口腔医师学院（ICD）Fellow，国际口腔修复学会（ICP）理事（中国唯一），中华口腔医学会口腔修复学专委会副主委、口腔生物医学专委会副主委、口腔医学科研管理专委会副主委，上海市口腔医学会第三届口腔修复学专委会主委，中国生物材料学会理事、骨修复材料与器械分会口腔及颅颌面生物材料及应用专委会主委、中国生物医学工程学会组织工程与再生医学分会副主委，同时Tissue Eng等6本英文期刊编委。
       朱麟勇教授的研究一直聚焦于生物医用材料，特别是，在“光化学方法构建生物医用材料”方向的研究形成了鲜明特色：1）提出人工合成生色团的“拟荧光蛋白”的构建，创制高特异、高亮度、从蓝光至近红外光发射任意调控的系列荧光探针，成功应用于蛋白与mRNA的荧光成像、定量以及相互作用等实时动态研究；2）提出“光偶联反应”创新交联机制，不断丰富“光偶联反应”内容并基于此优化水凝胶材料的交联策略，构建一系列高机械强度、强组织粘附以及快速原位交联的水凝胶生物材料，发展水凝胶生物材料光加工成型技术（如3D打印），并实现大动物心脏穿透伤导致大流量出血与动脉损伤的瞬时封闭；3）建立“光偶联反应”原位凝胶技术，并就该原创技术实施医用光敏生物胶产品的落地转化，与相关医院合作完成多个适应症的临床试验，产品有望在近期获批CFDA三类医疗器械批件并上市。这些成果开拓了光化学方法解决生命与医学中重要问题的新方向，充分体现“光”的可视与可控的独特优势。以上研究工作先后在Nat. Biotechnol.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew Chem Int. Ed.、Nat. Commun.等学术期刊上发表，获得了国内外同行的高度认同与赞誉。