腱修復のための抗酸化、抗炎症、抗菌活性を有する生体模倣粘着剤と堅牢なヤヌスパッチ

A Biomimetic Adhesive and Robust Janus Patch with Anti-Oxidative, Anti-Inflammatory, and Anti-Bacterial Activities for Tendon Repair.

抄録

腱手術後の早期の酸化ストレス、炎症反応、感染は、その後の腱周囲癒着形成に大きく関連し、修復された腱の質と機能を低下させる可能性がある。このような事態を打開するために、様々な抗炎症性および／または抗菌性移植片が提案されているが、そのほとんどは薬剤による副作用、低い機械的強度、組織の癒着性などの不確実性に悩まされている。ここでは、腱の解剖学的構造と癒着発生の病態生理学にヒントを得て、粘着性があり堅牢な2層構造のヤヌスパッチを開発した。このパッチは、手術した腱に面する内層が多機能エレクトロスパンハイドロゲルパッチ（MEHP）であり、さらに周囲組織に面するポリ-L-乳酸（PLLA）繊維状の外層で包囲されている。具体的には、MEHPはゼラチンメタクリロイル（GelMA）と酸化亜鉛（ZnO）ナノ粒子を最初に共エレクトロスパン化し、次にタンニン酸（TA）処理することにより調製される。内側のMEHPは、優れた機械的性能、接着強度、優れた抗酸化・抗炎症・抗菌性を示し、損傷部位に接着して腱再生に有利な微小環境を提供することができる。一方、外側のPLLAは、外因性の細胞や組織が欠損部位に侵入するのを防ぐ物理的バリアとして機能し、腱周囲の癒着形成を減少させる。この研究は、初期の炎症と酸化的損傷を緩和することで損傷した腱の治癒段階を協調させ、修復とリモデリングの後期には組織再生をサポートし、腱の癒着を軽減する、異方性接着機能と生物学的機能を有する薬剤を含まない移植片の概念実証を提示するものである。このJanusパッチは、安全で効率的な腱治療のための有望な戦略を提供することができると想定される。

Early stage oxidative stress, inflammatory response, and infection after tendon surgery are highly associated with the subsequent peritendinous adhesion formation, which may diminish the quality and function of the repaired tendon. Although various anti-inflammatory and/or antibacterial grafts have been proposed to turn the scale, most of them suffer from the uncertainty of drug-induced adverse effects, low mechanical strength, and tissue adhesiveness. Here, inspired by the tendon anatomy and pathophysiology of adhesion development, an adhesive and robust dual-layer Janus patch is developed, whose inner layer facing the operated tendon is a multifunctional electrospun hydrogel patch (MEHP), encircled further by a poly-l-lactic acid (PLLA) fibrous outer layer facing the surrounding tissue. Specifically, MEHP is prepared by gelatin methacryloyl (GelMA) and zinc oxide (ZnO) nanoparticles, which are co-electrospun first and then treated by tannic acid (TA). The inner MEHP exhibits superior mechanical performance, adhesion strength, and outstanding antioxidation, anti-inflammation, and antibacterial properties, and it can adhere to the injury site offering a favorable microenvironment for tendon regeneration. Meanwhile, the outer PLLA acts as a physical barrier that prevents extrinsic cells and tissues from invading the defect site, reducing peritendinous adhesion formation. This work presents a proof-of-concept of a drug-free graft with anisotropic adhesive and biological functions to concert the healing phases of injured tendon by alleviating incipient inflammation and oxidative damage but supporting tissue regeneration and reducing tendon adhesion in the later phase of repair and remodeling. It is envisioned that this Janus patch could offer a promising strategy for safe and efficient tendon therapy.