一种创新微循环贴片在组织移植监测中的应用

在现代医学领域，软组织移植技术为众多患者带来了重建与修复的希望，然而，移植过程中的微循环障碍和缺血再灌注损伤等问题，犹如隐形的“绊脚石”，严重影响着移植组织的成活与功能恢复。如何突破这些瓶颈，成为医学科研的重要课题。本文将深入解读一篇发表在《Nature Communications》上的研究论文，带您了解一种创新的水凝胶贴片如何巧妙利用气体分子的协同作用，为软组织移植开辟新途径。

软组织移植在修复由肿瘤切除、创伤或先天畸形引起的复杂组织缺陷方面具有重要意义。然而，移植组织的血液供应范围受限以及术后缺血再灌注损伤，常常导致组织远端坏死和长期功能丧失。这些问题的根源在于微循环障碍，即移植组织内部的血管网络无法有效建立和维持，从而阻碍了氧气和营养物质的输送。此外，缺血再灌注过程中产生的大量自由基和炎症因子，会引发一系列病理反应，进一步损伤血管内皮细胞，加剧微循环的紊乱。目前临床上虽有一些干预措施，如手术延迟、肉毒杆菌毒素注射等，但这些方法存在成本高、并发症多、无法满足急诊手术需求等局限性。

研究团队开发了一种能够按需释放一氧化碳（CO）和一氧化氮（NO）气体的水凝胶贴片（CN-Patch）。这种贴片以多糖为基质，通过两步脱溶法制备明胶纳米颗粒，并利用氢键相互作用将4-甲氧基乙酰苯胺（4-MAP）负载其中，再将其分散于改性壳聚糖和醛基右旋糖酐制成的水凝胶中。CN-Patch的核心创新在于其气体释放系统的设计，通过精确调控两者的释放，实现协同效应。早期释放的CO能够与NO协同作用，避免高浓度NO对血液灌注通畅性的抑制，而低剂量、缓慢释放的NO则能长期维持血液供应的通畅，同时避免血压的短期波动。此外，CO的血管舒张作用依赖于NO的存在，而NO又能增强CO的细胞保护效应，这种相互促进的关系使得CN-Patch在促进血管化和抑制炎症方面表现出色。

CNPatch水凝胶用于皮肤移植物血运重建的设计策略和应用的示意图

水凝胶中气体分子释放效应的表征

为了验证CN-Patch的效果，研究团队采用了多种成像技术和实验方法。首先，通过红外热成像观察大鼠背部皮肤瓣在移植后的温度变化，发现CN-Patch组在术后14天内，皮肤瓣的温度维持在较高水平，表明其具有良好的血液灌注效果。进一步的血管造影X射线成像显示，CN-Patch组在术后1天和7天的血管密度均高于其他组别，说明其能够促进微血管网络的重建，实现真正的血管吻合。激光散斑成像则实时监测了缺血再灌注皮肤瓣的血供情况，结果显示CN-Patch组在30分钟内就显著增加了血流灌注，并且这种增加能够持续较长时间。

治疗后皮瓣的生存状态

在评估新生血管和神经功能方面，研究发现CN-Patch组的皮肤瓣存活面积显著高于对照组，且在术后90天，其神经功能恢复良好，皮肤和血管重新神经化。通过对血管吻合区域的评估，超声多普勒检测表明CN-Patch组的血管通畅度更高，病理检查也显示其能有效抑制血管内膜增生和不良血管重塑。

CN-Patch的血管舒张作用

使用CN-Patch改善动静脉吻合术后主血管的血管通畅性

从分子机制层面来看，CN-Patch通过激活Wnt/β-catenin信号通路，促进内皮细胞的增殖和迁移，从而加速血管生成；同时，它还能显著下调多种炎症相关信号通路，有效抑制炎症反应，减少缺血再灌注损伤。

CN-Patch通过促进血管生成和减少炎症反应来提高移植存活率

CN-Patch作为一种创新的双气体时空释放系统，为软组织移植领域带来了新的曙光。它通过精准调控CO和NO的释放，解决了微循环障碍和缺血再灌注损伤这两大难题，显著提高了移植组织的存活率和功能恢复水平。其在促进血管生成、抑制炎症以及改善神经功能方面展现出的巨大潜力，为临床医生提供了更有效的治疗工具。未来，随着技术的进一步优化和临床试验的推进，CN-Patch有望在更多的医学领域得到应用，如器官移植、创面修复等，为患者带来更好的治疗效果和生活质量。同时，这一研究也为气体分子在生物医学领域的应用开辟了新的思路，激励科研人员探索更多气体分子的协同作用机制，开发出更多具有临床价值的治疗策略。

声明：本文仅用作学术目的。文章来源于：Tang, X., Ren, J., Wei, X. et al. Exploiting synergistic effect of CO/NO gases for soft tissue transplantation using a hydrogel patch. Nat Commun 14, 2417 (2023). 

https://doi.org/10.1038/s41467-023-37959-y.