Tannic acid/poly(vinyl alcohol)-modified chitosan/bacterial cellulose composite membranes with enhanced surface hydrophilicity and wet-state stability for anti-adhesion applications
本研究は、キトサン／細菌セルロース膜をタンニン酸／ポリビニルアルコールコーティングによって修飾することで、湿潤状態における強固な機械的安定性を維持しつつ、表面の親水性を著しく向上させ、線維芽細胞の接着を抑制できることを示しており、その結果、マウスモデルにおいて術後癒着を完全に防止する極めて効果的な抗癒着バリアを実現した。
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腹部または骨盤の手術後、身体の自然な治癒プロセスが時として過剰に働きすぎてしまうことがあります。組織が損傷すると、体は損傷を修復するためにタンパク質や細胞を送り込みますが、この反応によって内臓同士が望ましくない形で癒着してしまうことがあります。これらの内部の傷跡は「癒着」として知られ、慢性的な痛み、腸閉塞、あるいは不妊症を引き起こす可能性があり、さらに将来の手術をより困難で危険なものにします。これを防ぐために、医師は物理的なバリア、つまり損傷した組織の間に配置される薄いシートやゲルを使用します。しかし、優れた働きをするバリアを作成することは、非常に繊細なバランス調整を必要とします。それは、人体内の湿った塩分を含む環境の中で形を保てるほど十分に強く、かつ、不規則な表面にも適合できるほど十分に柔らかくなければなりません。極めて重要なのは、その表面が細胞の付着や新たな傷跡の形成を防げるよう、滑らかで親水性（水に馴染みやすい性質）であることです。もしバリアが早く溶けすぎたり、膨張して形を失ったり、触れた感じが粗すぎたりすれば、その役割を果たすことができません。
鄭州大学と北京化工大学の研究者たちは、2種類の天然素材を組み合わせ、さらに特殊な表面コーティングを施すことで、これらの課題に対処する新しいタイプのババリア膜を開発しました。彼らはまず、甲殻類の殻に由来し、体に優しい「キトサン」をベースとし、そこに細菌が生成する純粋な繊維であり、強さで知られる「バクテリアルセルロース」を混合することから始めました。これら2つをブレンドすることで、濡れた状態でも形を保てる強靭さと柔軟性を兼ね備えたベースシートを作り上げました。表面をさらに改良するために、彼らはこれらのシートを、お茶やワインに含まれる化合物である「タンニン酸」と、一般的な水溶性プラスチックである「ポリビニルアルコール」を含む溶液に浸しました。このコーティング工程は、膜の表面を極めて滑らかで親水性にし、組織に対して容易に滑り、細胞が付着するのを防ぐように設計されました。
研究チームは、最適なベースを見つけるためにバクテリアルセルロースの含有量を変えてテストを行い、10パーセントのバクテリアルセルロースを含む混合物を採用しました。次に、最良の結果を得るために必要な処理時間を調べるべく、膜をコーティング液に浸す時間を6時間から24時間の範囲で変化させました。目標は、強さを失ったり水中で崩壊したりすることなく、非常に滑らかで親水性の高いバージョンを作り出すことでした。その結果、膜を18時間浸すことが理想的なバランスを生むことを発見しました。この特定の膜（CBTP以上の名称「CBTP18」と命名）は、コーティングされていないバージョンがワックスを塗った車のように水を弾くのに対し、水滴が表面上でほぼ完全に平らに広がるほど、非常に親水性が高くなっていました。同時に、表面は驚くほど滑らかになり、摩擦レベルは潤滑の行き届いた表面に匹敵するほど低くなり、容易に滑ることができました。
このような劇的な表面の変化にもかかわらず、膜は驚くほど強い強度を維持していました。人体を模した液体環境でテストを行った際、コーティングされた膜は元の強度のほぼすべてを保持し、未コーティングのバージョンと同様に圧力下でも形を保ちました。また、時間の経過に対する安定性も高く、塩水溶液中で35日間放置した後でも元の質量の約71パーセントを維持しており、治癒が完了する前に溶け去ってしまうことがないことを証明しました。研究者たちはまた、この材料の体内での安全性も確認しました。その結果、赤血球にダメージを与えず、生きた細胞も良好に成長し、毒性が見られないことが分かりました。最も重要なことに、コーティングは表面への細胞の付着を減少させることに成功しました。実験室でのテストでは、傷跡を作る細胞である線維芽細胞の数が、未コーティングの膜と比較して半分以上に減少しました。
これらの実験室での結果が、生体内でどのように通用するかを確認するため、研究者たちはマウスを用いてテストを行いました。彼らは、腹壁と盲腸（腸の一部）を擦って外傷を模倣する手術損傷モデルを作成しました。処置を行わなかったグループのマウスでは、6匹中4匹に組織が癒着した箇所が見られました。これとは対照的に、新しい膜を用いた6匹のマウスでは、目に見える癒着は一匹も発生しませんでした。研究者が顕微鏡で組織を観察したところ、処置された領域は炎症を最小限に抑えて綺麗に治癒しており、膜自体も壊れたり変形したりすることなく、完全な状態を保っていました。この研究は、強固で天然由来のベースと、滑らかで親水性の高いコーティングの組み合わせが、治癒の重要な初期段階において損傷した組織を効果的に引き離すバリアとなり、術後の瘢痕形成による合併症を防ぐための有望なツールとなることを示唆しています。
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