在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，軟組織移植技術(shù)為眾多患者帶來(lái)了重建與修復(fù)的希望，然而，移植過(guò)程中的微循環(huán)障礙和缺血再灌注損傷等問(wèn)題，猶如隱形的“絆腳石”，嚴(yán)重影響著移植組織的成活與功能恢復(fù)。如何突破這些瓶頸，成為醫(yī)學(xué)科研的重要課題。本文將深入解讀一篇發(fā)表在《Nature Communications》上的研究論文，帶您了解一種創(chuàng)新的水凝膠貼片如何巧妙利用氣體分子的協(xié)同作用，為軟組織移植開(kāi)辟新途徑。

研究背景與技術(shù)挑戰(zhàn)
軟組織移植在修復(fù)由腫瘤切除、創(chuàng)傷或先天畸形引起的復(fù)雜組織缺陷方面具有重要意義。然而，移植組織的血液供應(yīng)范圍受限以及術(shù)后缺血再灌注損傷，常常導(dǎo)致組織遠(yuǎn)端壞死和長(zhǎng)期功能喪失。這些問(wèn)題的根源在于微循環(huán)障礙，即移植組織內(nèi)部的血管網(wǎng)絡(luò)無(wú)法有效建立和維持，從而阻礙了氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸送。此外，缺血再灌注過(guò)程中產(chǎn)生的大量自由基和炎癥因子，會(huì)引發(fā)一系列病理反應(yīng)，進(jìn)一步損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞，加劇微循環(huán)的紊亂。目前臨床上雖有一些干預(yù)措施，如手術(shù)延遲、肉毒桿菌毒素注射等，但這些方法存在成本高、并發(fā)癥多、無(wú)法滿足急診手術(shù)需求等局限性。

技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用
研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種能夠按需釋放一氧化碳（CO）和一氧化氮（NO）氣體的水凝膠貼片（CN-Patch）。這種貼片以多糖為基質(zhì)，通過(guò)兩步脫溶法制備明膠納米顆粒，并利用氫鍵相互作用將4-甲氧基乙酰苯胺（4-MAP）負(fù)載其中，再將其分散于改性殼聚糖和醛基右旋糖酐制成的水凝膠中。CN-Patch的核心創(chuàng)新在于其氣體釋放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)精確調(diào)控兩者的釋放，實(shí)現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)。早期釋放的CO能夠與NO協(xié)同作用，避免高濃度NO對(duì)血液灌注通暢性的抑制，而低劑量、緩慢釋放的NO則能長(zhǎng)期維持血液供應(yīng)的通暢，同時(shí)避免血壓的短期波動(dòng)。此外，CO的血管舒張作用依賴于NO的存在，而NO又能增強(qiáng)CO的細(xì)胞保護(hù)效應(yīng)，這種相互促進(jìn)的關(guān)系使得CN-Patch在促進(jìn)血管化和抑制炎癥方面表現(xiàn)出色。

成像實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析
多模態(tài)成像：揭示CN-Patch的卓越效果
為了驗(yàn)證CN-Patch的效果，研究團(tuán)隊(duì)采用了多種成像技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法。首先，通過(guò)紅外熱成像觀察大鼠背部皮膚瓣在移植后的溫度變化，發(fā)現(xiàn)CN-Patch組在術(shù)后14天內(nèi)，皮膚瓣的溫度維持在較高水平，表明其具有良好的血液灌注效果。進(jìn)一步的血管造影X射線成像顯示，CN-Patch組在術(shù)后1天和7天的血管密度均高于其他組別，說(shuō)明其能夠促進(jìn)微血管網(wǎng)絡(luò)的重建，實(shí)現(xiàn)真正的血管吻合。激光散斑成像則實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了缺血再灌注皮膚瓣的血供情況，結(jié)果顯示CN-Patch組在30分鐘內(nèi)就顯著增加了血流灌注，并且這種增加能夠持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。

新生血管與神經(jīng)功能的評(píng)估
在評(píng)估新生血管和神經(jīng)功能方面，研究發(fā)現(xiàn)CN-Patch組的皮膚瓣存活面積顯著高于對(duì)照組，且在術(shù)后90天，其神經(jīng)功能恢復(fù)良好，皮膚和血管重新神經(jīng)化。通過(guò)對(duì)血管吻合區(qū)域的評(píng)估，超聲多普勒檢測(cè)表明CN-Patch組的血管通暢度更高，病理檢查也顯示其能有效抑制血管內(nèi)膜增生和不良血管重塑。

分子機(jī)制的深入探究
從分子機(jī)制層面來(lái)看，CN-Patch通過(guò)激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移，從而加速血管生成；同時(shí)，它還能顯著下調(diào)多種炎癥相關(guān)信號(hào)通路，有效抑制炎癥反應(yīng)，減少缺血再灌注損傷。

總結(jié)與展望
CN-Patch作為一種創(chuàng)新的雙氣體時(shí)空釋放系統(tǒng)，為軟組織移植領(lǐng)域帶來(lái)了新的曙光。它通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控CO和NO的釋放，解決了微循環(huán)障礙和缺血再灌注損傷這兩大難題，顯著提高了移植組織的存活率和功能恢復(fù)水平。其在促進(jìn)血管生成、抑制炎癥以及改善神經(jīng)功能方面展現(xiàn)出的巨大潛力，為臨床醫(yī)生提供了更有效的治療工具。未來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化和臨床試驗(yàn)的推進(jìn)，CN-Patch有望在更多的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到應(yīng)用，如器官移植、創(chuàng)面修復(fù)等，為患者帶來(lái)更好的治療效果和生活質(zhì)量。同時(shí)，這一研究也為氣體分子在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了新的思路，激勵(lì)科研人員探索更多氣體分子的協(xié)同作用機(jī)制，開(kāi)發(fā)出更多具有臨床價(jià)值的治療策略。

聲明：本文僅用作學(xué)術(shù)目的。文章來(lái)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.