文獻(xiàn)信息
江南大學(xué)無錫醫(yī)學(xué)院、南京中醫(yī)藥大學(xué)、江南大學(xué)創(chuàng)傷修復(fù)技術(shù)教育部工程研究中心、江南大學(xué)附屬醫(yī)院等團(tuán)隊合作的研究成果In situ-formed micro silk fibroin composite sutures for pain management and anti-infection(原位形成的微絲素復(fù)合縫合線用于疼痛管理和抗感染)在學(xué)術(shù)期刊《COMPOSITES PART B-ENGINEERING》(IF=13.1)發(fā)表。平生公司的小動物PET/CT(型號:Super Nova)產(chǎn)品在論文中提供了重要的大鼠腦PET/CT圖像和定量分析。

 該研究的通訊作者為呂國忠教授。第一作者為李笑笑。

文獻(xiàn)背景
手術(shù)縫合線可以縫合傷口，促進(jìn)傷口愈合。縫合線需要滿足適當(dāng)?shù)牧�學(xué)性能和生物相容性，因此為了獲得更好的力學(xué)性能，開發(fā)了復(fù)雜和高成本的編織工藝。然而，在某些情況下，如疼痛和感染，它們?nèi)匀徊荒芾硐氲仄鹱饔�。疼痛是幾乎所有損傷、感染和疾病中最常見的癥狀。疼痛管理不當(dāng)導(dǎo)致患者身體和心理上的不良后果。為此，作者設(shè)計了一種多功能的微絲素纖維(SF)復(fù)合縫線。它是從繭中提取的一根可長達(dá)數(shù)百米的超長和超細(xì)的SFs�？p線通過改變pH值吸附抗感染萬古霉素，然后涂上甲基丙烯酸明膠作為鞘，裝入止痛藥布洛芬(SMG-VC-IB)。SMG-VC-IB可以承受近18N的張力，是Mersilk^®縫線的兩倍。SMG-VC-IB可以維持較長的釋放時間，有效地控制疼痛和抗感染。作者應(yīng)用PET/CT對腦區(qū)客觀代謝數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)該止痛藥對作者所建立的大鼠股四頭肌切口疼痛模型有效。作者發(fā)現(xiàn)SMG-VC-IB降低了疼痛相關(guān)腦區(qū)的代謝水平，包括經(jīng)典疼痛基質(zhì)。也證實了縫合線的止痛藥布洛芬有助于度過術(shù)后炎癥期，進(jìn)入舒適的恢復(fù)期。作者的研究提出了一種環(huán)保的制造解決方案，用于設(shè)計多功能復(fù)合縫線，用于疼痛管理和感染控制。

實驗方法
SMG-VC-IB的體內(nèi)鎮(zhèn)痛功能
SD大鼠腹腔注射戊巴比妥鈉40mg/kg。在大鼠麻醉后，將它們置于仰臥位。在左腹股溝處做1cm長的真皮切口，取適量脂肪組織，露出股四頭肌。用手術(shù)刀片在股四頭肌中間做一個橫向切口(3mm深，7mm長)。分別用SMG和SMG-VC-IB縫合肌肉，然后用商業(yè)絲縫合線縫合皮膚。假手術(shù)組不縫合肌肉切口，僅縫合皮膚。所有手術(shù)均在無菌條件下進(jìn)行。術(shù)后，當(dāng)大鼠通過150cm長的透明管時，用攝像機(jī)記錄大鼠的運動狀態(tài)，如行走速度和步幅。并記錄大鼠站立時間。將大鼠置于透明籠中，設(shè)置15cm高度放置單線紅外定位器。當(dāng)老鼠將上肢舉過高度，依靠下肢時，老鼠就會阻擋紅外光。記錄大鼠在5min內(nèi)的站立時間和紅外光阻擋頻率。

 作者還研究了股四頭肌剝離大鼠全腦的代謝。作者使用¹⁸F-FDG成像進(jìn)行分析。大鼠在注射¹⁸F-FDG前禁食12h。¹⁸F-FDG以約450μCi的劑量注入尾靜脈。藥物注射后1h，使用小動物Micro PET/CT掃描儀(Super Nova,平生醫(yī)療科技有限公司)，大腦進(jìn)行靜態(tài)PET掃描10min。PET掃描后，進(jìn)行CT掃描。¹⁸F-FDG PET數(shù)據(jù)采用PMOD軟件3.6版進(jìn)行處理和分析。為了進(jìn)行感興趣量(VOI)分析，PMOD記錄了大鼠腦模板和圖譜中58個區(qū)域的PET數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)攝取值(SUV)的定義分區(qū)大鼠腦自動應(yīng)用于測量。這項研究評估了58個大腦區(qū)域，整個圖譜被用于全腦規(guī)范化，如前所述。通過將單個區(qū)域的¹⁸F-FDG攝取值除以整個大腦的攝取值來計算區(qū)域SUV，計算公式為eq(3)。通過創(chuàng)建10只未治療的正常大鼠的基線數(shù)據(jù)庫，作者比較實驗組與基線之間的SUV差異，并用Z分?jǐn)?shù)表示差異，計算公式為eq(4)。作者認(rèn)為兩者在|Z|>2上有顯著差異。Z>2的區(qū)域用紅色表示，Z<- 2的區(qū)域用藍(lán)色表示。

實驗結(jié)果
從行為測試到PET/CT ¹⁸F-FDG評估，體內(nèi)疼痛緩解
除了行為指標(biāo)，作者還研究了大腦疼痛反應(yīng)區(qū)域的更客觀的變化。FDG是氟脫氧葡萄糖，它很容易被高葡萄糖利用率的細(xì)胞吸收。¹⁸F-FDG是用正電子發(fā)射放射性同位素¹⁸F合成的，它形成一種顯影劑，可以在正電子發(fā)射斷層掃描成像設(shè)備(PET/CT)中成像。¹⁸F-FDG跟蹤血液流動，顯示大腦不同區(qū)域的特定活動，活動越高表明該大腦區(qū)域葡萄糖攝取越多，代謝越快。¹⁸F-FDG成像已被廣泛用于研究腦和脊髓的疼痛反應(yīng)。涉及疼痛基質(zhì)的幾個腦區(qū)在手術(shù)前后表現(xiàn)出不同的代謝譜和不同的攝取表現(xiàn)。痛覺基質(zhì)主要由扣帶皮層、島葉皮層、前額葉皮層、體感皮層和腦丘組成。

 扣帶皮層是大腦中最常被激活的區(qū)域之一。一些研究表明，這與疼痛刺激的位置無關(guān)，而與疼痛體驗的情緒成分有關(guān)。在急性肌肉疼痛的腦血流動力學(xué)研究中，在幾種疼痛刺激條件下一致觀察到島/次級體感皮層的激活。眾所周知，前額葉皮層是一個參與認(rèn)知和運動的區(qū)域，在與疼痛感知、覺醒和認(rèn)知相關(guān)的實驗中被廣泛報道。疼痛刺激通常激活腦丘，也參與急性創(chuàng)傷性損傷疼痛的喚醒過程。
 首先對10只正常大鼠進(jìn)行PET/CT掃描，計算腦內(nèi)¹⁸F-FDG的基線攝取。SMG、SMG-VC-IB和sham各3只，于1天后進(jìn)行¹⁸F-FDG成像。計算標(biāo)準(zhǔn)攝取值(suv)以排除大鼠體重差異，從而允許更準(zhǔn)確的¹⁸F-FDG校準(zhǔn)。在圖A中，疼痛相關(guān)腦區(qū)的SUV在SMG和sham之間是相似的，與基線水平相比顯著增加，表明新陳代謝加快。這可能與頻繁的信號處理和蛋白質(zhì)翻譯活動有關(guān)。在SMG-VC-IB組中，SUV在大多數(shù)疼痛相關(guān)區(qū)域顯著降低，高度接近基線。另一個表示實驗組與基線之間差異的值是Z分?jǐn)?shù)。[Z]分值越大，實驗組與基線間¹⁸F-FDG攝取差異越顯著。各組PET/CT成像|Z|>2腦區(qū)如圖B所示。根據(jù)PMOD對大鼠大腦的劃分和定位，在圖11B1的4個CT切片上標(biāo)記出|Z|>2的相關(guān)腦區(qū)。在圖B2中，Z>2的區(qū)域用紅色表示(激活的腦區(qū))，Z<-2的區(qū)域用藍(lán)色表示(抑制的腦區(qū))。作者觀察到，與假手術(shù)組相比，SMG和SMG-VC-IB組的腦紅區(qū)明顯減少，且SMG-VC-IB組的減少更為顯著。
 在圖C中，作者計算了¹⁸F-FDG成像時|Z|>2的總體素。與sham和SMG相比，SMG-VC-IB組的¹⁸F-FDG攝取更少，體素也更少。腦區(qū)|Z|>2的三維圖像如圖12和影像S5所示。與基線相比，假手術(shù)組更多的大腦區(qū)域顯示出¹⁸F-FDG攝取的顯著差異。在SMG組中，只有少數(shù)腦區(qū)存在顯著差異，而在SMG-VC-IB組中，與基線相比，顯示差異的腦區(qū)最少。
 總的來說，在切口后，大腦接收到疼痛信號，包括扣帶皮層、島葉皮層、前額葉皮層、體感皮層和腦丘。SUV的數(shù)量有所增加。然而，一些大腦區(qū)域的活動強(qiáng)度低于假手術(shù)組，這可能是相對輕微的疼痛。

圖11 假手術(shù)組、SMG組和SMG-VC-IB組大鼠左股四頭肌切口的PET/CT分析。A.正常組、假手術(shù)組、SMG組和SMG-VC-IB組疼痛相關(guān)腦區(qū)吸收¹⁸F-FDG的SUV, N=3。B.PMOD大鼠模型分割的4個CT切片的腦區(qū)(B1)和腦區(qū)|Z|>2 (B2)的PET/ CT圖像，Z>2的區(qū)域為紅色，Z<-2的區(qū)域為藍(lán)色。C.腦區(qū)體素之和Z>2, N=3。統(tǒng)計數(shù)據(jù)以mean±SD表示。

圖12  |Z|> 2腦區(qū)3D¹⁸F-FDG圖像。從左到右，圖像顯示了大腦區(qū)域的上、右、下、左視圖。

文獻(xiàn)結(jié)論
在這項研究中，作者設(shè)計了多功能絲素復(fù)合縫合線用于疼痛管理和抗感染。SMG-VC-IB比相同尺寸的Mersilk^®縫線具有更好的力學(xué)性能。VC的負(fù)荷具有明顯的抗感染作用，IB具有局部鎮(zhèn)痛作用。SMG-VC-IB無細(xì)胞毒性，具有良好的生物相容性。在體實驗中，SMG-VC-IB具有明顯的鎮(zhèn)痛作用，這是由大鼠行為學(xué)和腦內(nèi)¹⁸F-FDG成像所顯示的。¹⁸F-FDG術(shù)后行為學(xué)與SUV顯著相關(guān)，提示SUV可能具有預(yù)后指示作用。

使用設(shè)備
                                                               Super Nova^® Micro PET/CT（III 代外觀圖）