一种可重复的方案被提出,用于制备、富集及应用 原位 用于兔角膜基质伤口修复的蓝光交联明胶-核黄素水凝胶,包括手术操作步骤、部分睑缘缝合术及术后护理。
方法文章
一种可重复的方案被提出,用于制备、富集及应用 原位 用于兔角膜基质伤口修复的蓝光交联明胶-核黄素水凝胶,包括手术操作步骤、部分睑缘缝合术及术后护理。
本文介绍了一种逐步操作方案,用于制备、补充以及外科应用一种 原位 用于兔角膜基质伤口修复的蓝光交联明胶水凝胶。该水凝胶前体包含5%(w/v)明胶和0.01%(w/v)核黄素磷酸,于无菌避光条件下制备,经无菌过滤并在使用前加热以达到可注射黏度。文中详细说明了可选添加人羊膜提取物或兔自体血清的方法。在眼表通过波长λ = 420–480 nm的蓝光照射2分钟,实现按需凝胶化。 体内 该方法包括可重复的前基质角膜切除术(角膜环钻直径6.5 mm;深度约187 µm),随后进行水凝胶填充、光激活,以及部分外侧睑缘缝合,以稳定治疗效果、促进伤口愈合并标准化术后护理。代表性 体外 表现出类凝胶的粘弹性行为,具有剪切稀化和快速恢复特性,以及高光学透过率(> 90%)在500 nm以上,表明适用于角膜使用。 体内基于水凝胶的治疗可促进上皮逐步闭合,具有良好的眼部耐受性(第3天和第7天的Draize评分较低),并随时间推移出现可见水凝胶的减少,符合生物降解与组织替代的特征。本方案强调了确保可重复性的关键步骤和暂停节点,包括溶解与过滤过程中的温度控制、避光操作以及交联过程中的光源定位。该方法可实现无需缝合、精确定位、光激活的水凝胶稳定化,且兼容多种生物活性添加剂的引入。本方案为下一代眼科生物材料的临床前评估提供了实用平台,并有助于光交联水凝胶疗法在角膜伤口修复中的转化应用。
角膜是一种透明的无血管结构,约占眼球屈光力的三分之二,其结构和功能的完整性对视力至关重要1。由于直接暴露于外部环境,角膜极易受到外伤、感染、化学损伤以及术后并发症的影响2,3。若未能及时有效地恢复上皮完整性,可能导致持续性上皮缺损(PEDs)和慢性角膜溃疡,最终引发基质溶解、穿孔、瘢痕形成以及不可逆的视力丧失4,5。常规治疗手段——包括润滑剂、抗生素预防和自体血清滴眼液——往往只能提供部分疗效,且在中重度缺损中无法充分促进基质修复6,7,8。
为克服这些局限性,基于生物材料的疗法因其能够保护伤口、支持上皮修复并恢复基质组织而成为颇具前景的替代方案9,10,11,12,13,14。水凝胶尤其具有吸引力,因其具备良好的生物相容性、光学透明性、可调节的力学性能,以及负载治疗剂的能力。天然和合成水凝胶(包括明胶15,16,17、胶原蛋白18,19、壳聚糖20,21、聚乙二醇(PEG)22,23 和透明质酸18,24)在促进角膜伤口愈合方面已展现出潜力。其中,基于明胶的水凝胶尤为有价值,因其来源于胶原蛋白,并含有固有的细胞黏附基序。
光交联水凝胶具有额外的优势,可通过在眼表直接按需固化,实现精确放置并提高机械稳定性,且无需缝合。核黄素介导的交联技术最初用于圆锥角膜的治疗,近年来因其优异的生物相容性、眼科学安全性以及在可见光或紫外光照射下产生活性氧以诱导交联的能力,已被应用于水凝胶的光聚合25,26。蓝光(≈445 nm)在角膜应用中尤为有利,可在避免紫外线相关风险的同时实现高效的交联27,28,29。
本文介绍了由5% (w/v) 明胶和0.01% (w/v) 核黄素磷酸盐(RFP)组成的光交联水凝胶的制备、富集及外科应用。文中提供了详细的实验方案,用于 体外 水凝胶制备,包括可选添加人羊膜提取物(HAMe)或自体血清(AS),以及 体内 在兔角膜基质层切除模型中的应用。羊膜提取物(HAMe)已知对眼表具有抗炎、抗纤维化和促再生作用30,31,32,33,34,35而自体血清可提供类似泪液浓度的维生素A、EGF、纤维连接蛋白及其他对上皮再生至关重要的生长因子36,37,38这些组分共同促进再上皮化,减轻炎症反应,并可能防止基质降解39,40.
尽管所述方法可实现可控的光聚合和可定制的生物活性,但其目前的应用仅限于浅层和基质中层的角膜缺损,且需要直视下的蓝光照射,这可能限制其在不透明或深层浸润组织中的应用。通过整合水凝胶制备与富集、眼科操作以及包括部分外侧睑缘缝合在内的术后护理,本文提供了一种可重复的方法,不仅支持角膜修复,还有助于将光激活水凝胶技术转化为临床实践,并推动角膜再生研究标准化平台的建立。
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人胎盘来自知情同意的捐赠者,符合《赫尔辛基宣言》要求,并获得克鲁塞斯大学医院伦理委员会(批准编号 CEIC E15/03)的批准。所有动物实验均经巴斯克大学(UPV/EHU)动物研究伦理委员会(批准编号 CEEA M20/2023/038)批准,并遵循ARVO关于眼科与视觉研究中动物使用的规定。所有操作均在UPV/EHU动物实验中心(SGIker)进行,全程保持无菌技术(处理生物材料时使用II级生物安全柜)。
1. 水凝胶合成
2. 水凝胶应用 体外
3. 人羊膜(HAM)的获取
注意:仅使用血清学阴性且已签署知情同意书并符合机构和伦理要求的供体的胎盘。
4. 人羊膜提取物(HAMe)的制备
注意:所有步骤均需在无菌和低温条件下进行,以最大限度减少蛋白质降解和污染。
5. 从兔子体内提取血液来源的自体血清
注意:所有操作均需在无菌且避光条件下进行 体内 新西兰白兔中的实验≈在获得相应机构动物研究伦理委员会批准并遵守机构指南的情况下进行。
6. 体内 手术步骤
注意:所有实验操作均须遵循相应机构的动物研究伦理委员会规定,并符合《赫尔辛基宣言》原则以及眼科与视觉研究中动物使用 ARVO 声明的要求。
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水凝胶的合成与表征
水凝胶的合成与评价 体外 以确定其光交联前后流变学和光学特性。采用剪切流变学表征其粘弹性、屈服行为及流动特性。频率扫描结果显示,在所有测试频率下,G′始终高于G″,表明材料呈现类固态行为(图 5A)。在 10 rad·s⁻1 显示出较宽的线性黏弹性区域(约100%应变),其中储能模量(G′)始终高于损耗模量(G″),表明具有类凝胶结构(图5B)。蓝光交联前进行的流动扫描显示了剪切稀化现象,随着剪切速率从10⁻4 至 100 s⁻1,模拟注射条件(图 5C)。阶跃剪切测试表明,材料在高剪切力破坏后5秒内黏度即恢复至基线水平,显示出快速恢复特性,支持其具备自修复能力(图5D).
光学分析表明具有高透明度,在...
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本方案提供了一种可重复的工作流程,用于制备、装载及应用光交联明胶–核黄素水凝胶以促进角膜伤口愈合。若干 体外 步骤对于获得稳定的凝胶质量至关重要,需要特别强调,因为这些步骤是最常见的变异来源。首先,在搅拌过程中将前体溶液维持在80 °C,可确保明胶和磷酸核黄素完全溶解,防止产生影响光学透明性和交联均匀性的颗粒聚集体。在无菌过滤前,必须将配方重新加热至40 °C以确保完全液化,因为在较低温度下过滤会导致过滤不完全并增加污染风险。制备完成后,水凝胶应保存在4 °C避光环境中,并在使用前加热至32 °C,此时其保持半固态但仍可移液,防止操作过程中发生泄漏 体外 和 体内 应用中,这些温度参数的任何失效通常表现为凝胶浑浊、滤器堵塞、光固化不均匀或在应用部位扩散。纠正措施包括将80 °C的混合步骤延长至45 若颗粒物持续存在则延长搅拌时间;在冷却前确认pH为7.0;预先润湿聚醚砜(PES)滤膜;当过滤速度仍较慢时,先使溶液通过0.45 µm预滤膜,再进行最终除菌过滤。在 原位 交联,标准化灯距(≈2 厘米)并以六个20秒脉冲的形式提供光照,脉冲间间隔5–1...
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作者声明无利益冲突。
本研究得到了巴斯克政府卫生部资助项目(2023111027 和 IT524-22)的支持。C.R.-V. 获得了巴斯克大学(UPV/EHU)提供的奖学金支持。谨此感谢 SGIker(UPV/EHU)在动物护理方面的技术支持以及分析与高分辨率显微镜服务。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 两性霉素B | Gibco(Thermo Fisher Scientific) | 15290018 | 终浓度: 1.25 μg/mL |
| 自体血清,兔(AS) | 自制 | - | 由全血制备;经滤过 0.22 μm PES |
| 蓝光LED固化灯 | 伍德佩克医疗仪器公司 | LED.C 模型 | 波长: λ=420–480 纳米(nm);距离: 1–2 厘米;光输出:850-1000 毫瓦/平方厘米2 |
| 布托啡诺(Buprecare) | Ecuphar | 578950 | 剂量: 0.05 mg/kg,皮下注射,每隔 12 h 用于 72 h |
| 相机 | 松下 | LUMIX TZ35 | 配备徕卡光学镜头的相机 |
| Cimarec 数字搅拌加热板 | 赛默飞世尔科技 | SP131320-33 | 220-240 V,最高温度:540 °C |
| 新月形显微手术刀 | BVI 医疗 | 373807 | - |
| DMEM(Dulbecco)’s 改良伊格尔培养基) | Gibco(Thermo Fisher Scientific) | 11966025 | - |
| Eppendorf管(0.2 mL) | 默克股份公司 | 30124707 | 为制备 HAMe 保持低温;分装 |
| Eppendorf 管(5 mL) | 默克股份公司 | 30119606 | 为HAMe制备保持低温;分装 |
| 荧光素溶液 | 诺华 | Colorcusi Fluotest | 2% 荧光素溶液,5 µ滴眼液 |
| Gibco 新霉素 | 默克股份公司 | N1142 | 终浓度: 50 μg/mL |
| 明胶粉 | Sigma Aldrich | G1890 | 溶解于 80 °C;pH 调至 7.0 |
| 透明质酸人工泪液(0.2%) | Chem.-pharm. Fabrik GmbH | Hylo-Tear | - |
| ImageJ 图像处理软件 | 美国国家心理健康研究所 | - | 由美国国立卫生研究院研究服务部的 Wayne Rasband 开发 |
| 氯胺酮(Ketolar) | 辉瑞 | 631028.1 | |
| 利多卡因 | Vet One | NDC 13985-222-04 | 局部或皮下注射 |
| 青霉素–链霉素 | Gibco(赛默飞世尔科技) | 15140-122 | 终浓度: 50 μg/mL |
| PES 注射器滤器 0.22 μ0.22 mμm (Millex) | 默克股份公司 | SLGP033RS | - |
| 磷酸盐缓冲液(PBS) | Sigma Aldrich | P4417-100TAB | - |
| 蛋白酶抑制剂混合物 | Sigma Aldrich | P8340 | 添加于 5 μL 每 mg 组织 |
| 聚维酮碘溶液 | Meda pharma | 7167204 | 术前消毒 |
| 核黄素磷酸盐(RFP) | Sigma Aldrich | R0630000 | 浓度: 0.01% w/v (最终) 0.02% w/v (储备液) |
| 超声波破碎仪 | Bandelein 电子设备 | Sonoplus GM mini20 | - |
| 超声波破碎探头 | 班德莱因电子 | MS 1.5 | 直径1.5 mm,长度63 mm的探针 |
| 睑缘缝合缝线(不可吸收) | Alcon | 8065308001 | 1–根据需要使用 2 根缝线 |
| 妥布霉素眼用溶液(3 mg/mL) | 诺华 | Tobrex | 给药方案:每日两次,直至愈合 |
| Hessburg-Barron 角膜环钻,6.5 毫米直径 | 杰德迈德 | 21-8265 | - |
| 含聚合物凝胶分离剂的真空采血管 | BD(Becton, Dickinson and Company) | 367704 | - |
| 赛拉嗪溶液 | Laboratorios Calier SA | Xylagesic | 剂量: 5 mg/kg 肌内注射 |
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