用于治疗腹壁缺损的植入式补片通常需要同时具有抗菌、防粘连和促进愈合的功能，以确保手术成功并防止术后并发症。然而，在治疗过程中，由于这三个过程可能总是相互矛盾的，因此要同时满足这三个关键特性往往会遇到困难。为了打破杀菌活性与细胞相容性、细胞粘附与抗粘附之间的壁垒，吉林大学赵杰教授、北京大学吴水林教授设计并开发了一种具有非对称 Janus 结构的医用补片。相关研究成果以“A Bio‐Inspired Janus Patch for Treating Abdominal Wall Defects”为题发表在《Advanced Functional Materials》(IF=18.5)上。吉林大学工程仿生教育部重点实验室博士生刘紫婷为文章第一作者，吉林大学工程仿生教育部重点实验室赵杰教授为通讯作者，共同通讯作者为北京大学材料科学与工程学院吴水林教授。

       这种仿生 Janus 补片的正面具有受蝉翼启发的纳米结构，既能发挥机械杀菌作用，又能促进成纤维细胞的粘附和增殖，这源于它对细菌和哺乳动物细胞固有的 "选择性杀菌活性"。同时，背面接枝了具有强大防污性能的两性离子聚合物层，实现了同一贴片的两侧同时实现细胞粘附和抗粘附。与市售的聚丙烯（PP）网补片相比，朝向腹壁一侧的Janus 补片的正面在防止术后感染和促进组织修复方面表现出更强的能力。同时，面向内脏的另一面可有效防止内脏组织粘连。由于具有这些突出的性能，仿生Janus补片为设计下一代治疗腹壁缺损的补片提供了开创性的策略。

图1. 仿生Janus补片性能示意图。

【文章亮点】

        该研究中所设计的仿生Janus补片与目前治疗腹壁缺损的商用补片相比，两侧具有不对称的特点，面向腹壁的一侧具有受蝉翼翅膀表面启发的纳米结构，该结构对细菌和细胞具有“选择性杀灭活性”。作者通过体外细菌、细胞实验，以及细菌和细胞共培养实验，详细验证了这种选择性。作者发现仿生纳米结构能够有效促进成纤维细胞在表面的粘附和增殖，同时能够通过激活细胞机械传导而进一步调控细胞行为。并通过有限元模拟分析出细菌在仿生纳米结构表面受到更大的力，其足以将细菌撕裂，而真核细胞受到的力却小得多。理论计算证明仿生纳米结构撕裂细菌需要的总自由能比撕裂细胞需要的能量低4-5个数量级。

图2. 仿生Janus补片正面的“选择性杀灭”性能及机制研究。

        作者通过构建小鼠皮下植入模型以及大鼠腹壁缺损模型，详细验证了仿生Janus补片的抗菌、抗粘连以及促愈合性能。体内抗菌实验验证该Janus策略能够有效预防术后细菌感染，并通过构建大鼠腹壁缺损模型证明在植入伤口部位7天和14天后，与对照组PP网相比，未出现任何组织粘连情况。作者通过Micro-CT以及免疫组化染色分析，证明Janus补片更有利于腹壁缺损处软组织的形成。通过上调胶原表达，同时缓解炎症反应，该策略在腹部缺损重建中具有良好的应用前景。

图3. 仿生Janus补片促进腹壁缺损重建研究。

论文信息：

A Bio‐Inspired Janus Patch for Treating Abdominal Wall Defects

Ziting Liu, Jiahui Liu, Yutong Bai, Shuilin Wu, Jie Zhao, Luquan Ren

Advanced Funtional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202315827