近日，医工交叉科创中心首席科学家樊瑜波教授团队开发了用于疝气聚合物网片纤维的杂合细胞膜涂层，可有效平衡免疫反应与组织再生。该成果以“杂合血细胞膜涂层在腹壁重建中减轻异物反应、抗粘连和促再生效果研究”（Hybrid cell membrane coating orchestrates foreign-body reactions, anti-adhesion, and pro-regeneration in abdominal wall reconstruction）为题发表在生物材料领域顶刊Biomaterials。论文中樊瑜波教授为论文的共同通讯作者，北航国新院为第一完成单位。

原文链接：www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014296122500208X

该研究受到国家自然科学基金（No.32371405)等项目资助。

腹壁疝气是临床外科中常见疾病，常导致肠绞痛、肠梗阻或腹膜炎等并发症，严重时危及生命。我国腹壁疝气手术每年超过100万例并呈上升趋势。使用聚合物网片进行无张力疝气修复可显著降低疝气复发率和术后疼痛，但常引发免疫反应介导的并发症包括异物反应引起脏器粘连和纤维化，增加复发风险。

该研究以（RBCs）和血小板（PLTs）细胞膜为原料，经功能化脂质体和蚕丝蛋白层层自组装复合，利用点击化学结合到纤维表面。可点击脂质体与细胞膜融合提升了涂层性能。通过对大鼠和小鼠皮下植入分析发现，红细胞涂层倾向于降低炎症、免疫抑制，血小板涂层利于材料与宿主整合。二者杂合细胞膜涂层结合优点，减轻异物反应，促进细胞浸润和巨噬细胞极化。大鼠腹壁缺损修复实验表明其能防脏器粘连、促肌肉再生、增强细胞招募，提出了改善疝气网片重建腹壁新方法。

表面功能化纤维材料的制备过程包括三个步骤：从红细胞和血小板中提取细胞膜、将细胞膜与脂质体融合、以及将细胞膜涂层固定在纤维表面。首先，通过低渗溶血法和冷冻-解冻循环分别从大鼠全血中分离并提取红细胞和血小板。杂交膜通过聚碳酸酯膜微孔挤出制备。第二步，使用含有可点击功能基团的脂质体与细胞膜通过聚碳酸酯膜挤出，得到细胞膜-脂质体复合物。第三步是使用层层自组装（LbL）技术，利用蚕丝-叠氮化物涂层对电纺聚苯乙烯纤维支架、商业聚丙烯网片和丝编织网进行表面涂层，使纤维表面携带可点击的叠氮基团。最后，将细胞膜-脂质体复合物的悬液与叠氮-丝素涂层接触发生点击共价键合，固定并融合到纤维表面，最终形成细胞膜功能化涂层（图1）。

图1. 杂合细胞膜-丝素涂层的实验设计和目标

细胞膜涂层的形成过程包括膜片段或囊泡的吸附、破裂和融合。然而，由于膜流动性的限制，相邻细胞膜的融合失败会导致涂层不均匀。在本研究中，为了提高涂层的覆盖均匀性，体系引入了脂质体来增强细胞膜的流动性。细胞膜片段和脂质体通过聚碳酸酯膜挤出，在此过程中，脂质体被插入到细胞膜中形成细胞膜-脂质体复合物。然后，这些复合物附着到电纺聚苯乙烯（PS）纤维表面，最终相互融合形成细胞膜涂层。实验结果表明，脂质体的加入不仅提高了细胞膜涂层的均匀性，还加速了细胞膜在纤维表面的吸附和融合。

图2. 通过脂质体融合提高细胞膜涂层的覆盖均匀性和涂层效率

为了比较“物理吸附”与“化学点击”两种方法对细胞膜涂层在体内稳定性的影响，我们将通过这两种方法制备的细胞膜涂层植入小鼠皮下，并使用体内成像系统（IVIS）观察涂层的降解情况（图3）。在植入后的第4天，总体荧光强度显著下降。到第10天，“点击”组的剩余荧光强度为51.8%，而“吸附”组为38.7%。最后，“点击”组的剩余荧光强度为40.8%，荧光面积大小没有显著变化；而“吸附”组的剩余荧光强度为31.9%，荧光面积减少。与物理吸附相比，通过点击化学键合的细胞膜在体内的滞留时间更长（图3），说明点击化学介导的共价键合可以有效增强细胞膜涂层的稳定性。

图3. 通过点击化学促进涂层体内稳定性

组织切片定性结果（图4）表明，细胞膜涂层在减轻异物反应和增加宿主细胞浸润方面发挥了积极作用，尤其是具有红细胞膜和血小板膜协同效应的杂合膜。然而，不同的细胞膜对巨噬细胞极化和肌成纤维细胞形成有不同的影响，这可能是由于不同细胞膜的生物功能异质性所致。研究结果表明，红细胞膜表现出免疫抑制效应，而血小板膜则表现出一定的促炎效应，有利于免疫细胞的浸润。

图4. 细胞膜涂层皮下植入后的异物反应组织学分析

植入体内的材料会首先触发固有免疫反应。固有免疫反应中的关键细胞参与者是中性粒细胞和不同亚型的巨噬细胞，它们在异物反应和组织修复中起着至关重要的作用。为了定量研究不同表面修饰电纺纤维对中性粒细胞招募和巨噬细胞表型的影响，我们不同涂层材料皮下植入C57BL/6J小鼠，并通过流式细胞术分析材料中髓系细胞群体特点（图5）。流式细胞术分析结果表明，膜涂层能有效减少Ly6C+炎症巨噬细胞的招募和聚集，降低M1型巨噬细胞的比例，增加M2型巨噬细胞的比例，其中血小板和杂合膜组表现出更明显的效果，从而缓解固有免疫反应中的前期炎症响应。

图5. 细胞膜涂层皮下植入的固有免疫细胞反应流式细胞术分析

临床常见的商业聚丙烯（PP）网片因疏水性表面易致脏器粘连和纤维化愈合。本研究借大鼠腹壁全层缺损模型，评估细胞膜涂层对 PP 网片抗粘连与促再生作用。实验显示，第一周细胞膜组无粘连；2 周时对照组粘连严重，血小板组网片边缘有粘连；4 周时各组粘连改善但对照组仍有少量粘连。红细胞膜组抗粘连效果最佳，杂合组也较好，含红细胞膜涂层可防粘连、促肌肉修复。

图6. 细胞膜涂层聚丙烯网片在大鼠全层腹壁缺损模型中的脏器粘连和肌肉愈合情况

进一步统计同时表达Pax7和MyoD的肌肉卫星细胞数量。结果表明，与对照组相比，细胞膜功能化网片中Pax7+/MyoD+细胞的数量显著增加，尤其是在血小板膜组和杂合组中，观察到更多重叠的Pax7+/MyoD+细胞，且Pax7+/MyoD+细胞的数量显著高于红细胞组（图7）。这表明，以血小板膜为基础的涂层更有利于干细胞的招募和肌肉再生，而含红细胞的杂合涂层能够减少界面纤维化，促进网片与组织的整合。

图7. 细胞膜涂层在大鼠腹壁部分缺损模型中的肌肉干细胞招募

团队认为研究中使用的血液衍生细胞膜涂层适合临床转化的原因如下：1. 所有原材料均来源于血液衍生细胞和商业脂质体，与其他类型的细胞相比，这些原材料来源丰富且无需进行体外扩增或培养；2. 本研究使用的点击化学反应不需要铜离子催化，整体处理过程主要是物理过程，涉及超声、挤出和摇动等方法，不添加有毒物质；3. 整个涂层过程周期较短，整个过程可以在24小时内完成。因此，这种原料广泛、安全、稳定、反应迅速且无有害物质的生物活性涂层方法，适用于未来的临床转化研究。