腹壁缺損修復是臨床面臨的重要挑戰(zhàn)，植入材料的功能重建策略中始終存在一個核心矛盾：如何在維持力學穩(wěn)定性的同時促進組織整合？傳統(tǒng)合成補片雖具備足夠強度，卻常誘發(fā)嚴重的異物反應且再生能力有限；而當前抗粘連屏障和模擬細胞外基質的水凝膠雖具有良好的生物相容性和水合微環(huán)境，但在濕潤條件下難以兼顧低溶脹率和力學耐久性。這一問題在腹壁缺損等承重部位尤為關鍵，力學不足或形變可能導致植入失敗、疝氣復發(fā)等并發(fā)癥。此外，在可能污染的腹膜環(huán)境中，生物材料往往會誘發(fā)劇烈炎癥和粘連，這凸顯了在材料設計中融入免疫調控功能的必要性。

針對這一臨床難題，中山大學王毅教授、黃榕康副主任醫(yī)師和廣東省人民醫(yī)院（廣東省醫(yī)學科學院）Huang Zhike合作團隊開發(fā)了一種新型超結構多孔雙層復合水凝膠（SPVA-AC），通過將醫(yī)用級活性炭（AC）引入聚乙烯醇（PVA）基質，成功實現(xiàn)了高孔隙率、優(yōu)異力學強度和免疫調節(jié)性能的獨特組合。該水凝膠利用AC與PVA之間的強氫鍵作用、疏水相互作用和機械互鎖，使AC不僅充當擴孔劑構建適于成纖維細胞浸潤的大孔結構，還作為剛性交聯(lián)中心增強力學穩(wěn)定性。同時，AC憑借其發(fā)達的納米孔結構高效清除活性氧和炎癥因子，通過促進M2型巨噬細胞極化重塑局部免疫微環(huán)境，加速組織愈合。在大鼠腹壁缺損模型中，SPVA-AC水凝膠展現(xiàn)出卓越的力學穩(wěn)定性、抗炎活性和促組織愈合性能。相關論文以“Activated Carbon-Reinforced Super-Structured Porous Hydrogel With Robust Mechanical and Excellent Pro-Healing Properties for Abdominal Wall Defect Repair”為題，發(fā)表在

Advanced Materials

研究團隊通過簡便的逐層涂覆和凍融循環(huán)策略構建了這種超結構水凝膠。掃描電鏡圖像清晰地展示了SPVA-AC的雙層結構，頂層厚度約90微米，底層約300微米。水凝膠具有明顯的不對稱多孔結構：頂層表面孔徑較?。ㄆ骄?.7微米），可有效防止成纖維細胞粘附和內臟粘連；底層表面則呈現(xiàn)擴大孔結構（平均7.4微米），有利于營養(yǎng)運輸和細胞遷移，促進組織整合。X射線衍射光譜顯示，AC的引入對PVA的結晶度影響甚微。得益于AC與PVA間的強相互作用，SPVA-AC水凝膠在擁有大孔結構的同時，拉伸強度提升至1.66 MPa（純PVA水凝膠為1.14 MPa），溶脹率降至1.9%（純PVA為6.4%），且在PBS中質量損失可忽略不計，確保了在濕潤環(huán)境中的長期結構完整性。

圖1 用于腹壁缺損修復的超結構SPVA-AC水凝膠的設計與制備。（a）腹壁缺損修復的常規(guī)修復材料。補片提供相對穩(wěn)定的力學支持，但常誘發(fā)嚴重的異物反應和慢性炎癥，阻礙組織整合并影響愈合過程。（b）具有超結構多孔結構的新型SPVA-AC水凝膠示意圖：PVA的小孔表面防止粘連，AC摻入的底層增強力學穩(wěn)定性、免疫調節(jié)和組織整合。（c）通過逐層涂覆和凍融循環(huán)制備SPVA-AC水凝膠的過程，展示了具有不同功能層的超結構復合材料的形成。

AC固有的自由基清除、炎癥因子吸附和導電特性為組織修復提供了理想條件。研究顯示，SPVA-AC水凝膠對DPPH自由基表現(xiàn)出優(yōu)異的清除能力，共培養(yǎng)48小時后清除率達95%。同時，該水凝膠能有效吸附IL-6等炎癥因子，優(yōu)化組織修復微環(huán)境。電導率測試表明，SPVA-AC水凝膠具有優(yōu)異的導電性能，且導電性隨AC含量增加而提高，有利于細胞間電信號傳導和組織再生。

圖2 （a）SPVA-AC冷凍凝膠的截面SEM圖像。（b，c）SPVA-AC冷凍凝膠頂層（b）和底層（c）表面的SEM圖像。（d）純PVA粉末、PVA冷凍凝膠和SPVA-AC冷凍凝膠的XRD光譜。（e-g）PVA、SPVA-AC5、SPVA-AC和SPVA-AC20水凝膠的拉伸應力-應變曲線（e）、溶脹率（f）和質量損失率（g）。（h）PVA、SPVA-AC5、SPVA-AC和SPVA-AC20水凝膠在不同共培養(yǎng)時間后的DPPH清除率。（i）使用四探針法測定的PVA、SPVA-AC5、SPVA-AC和SPVA-AC20水凝膠的電導率。數(shù)據(jù)以平均值±標準差表示（圖2f-i中n = 4個獨立樣本）。

細胞相容性評估進一步證實了SPVA-AC水凝膠的生物安全性。研究采用活/死細胞染色法觀察L929成纖維細胞在不同水凝膠浸提液中培養(yǎng)后的存活情況，結果顯示各實驗組均呈現(xiàn)密集的綠色熒光，死細胞（紅色）極少，表明SPVA-AC水凝膠無細胞毒性。細胞增殖實驗定量結果表明，與對照組相比，SPVA-AC組的細胞增殖活性更高，且隨AC含量增加呈現(xiàn)增強趨勢，說明AC的引入不僅未影響PVA的生物相容性，反而在一定程度上促進了細胞增殖。

圖3 L929成纖維細胞與不同水凝膠浸提液共培養(yǎng)1、3和5天后的（a）活/死染色圖像和（b）細胞活力。比例尺：250 μm。數(shù)據(jù)以平均值±標準差表示（n = 4個獨立樣本；數(shù)據(jù)采用雙因素方差分析；p < 0.05，p < 0.01，p < 0.001）。

大鼠腹壁缺損模型植入實驗表明，SPVA-AC水凝膠在10天和30天觀察期內均保持良好的結構完整性，無明顯形變，與腹壁貼合良好。組織學評估顯示，與聚丙烯補片和PCO補片相比，PVA和SPVA-AC組炎癥細胞浸潤顯著減少，其中SPVA-AC組炎癥反應進一步降低，證實了AC的炎癥調節(jié)能力。Masson染色顯示，SPVA-AC組膠原纖維排列更致密有序，組織成熟度更高。免疫組化分析進一步證實，SPVA-AC組顯著降低IL-6、IL-1β和TNF-α等促炎因子表達，同時增強IL-10抗炎因子表達，并促進CD31和α-SMA相關的血管生成。巨噬細胞極化分析表明，SPVA-AC組顯著促進M2型（Arg-1和CD206）巨噬細胞極化，減少M1型（iNOS）巨噬細胞，展現(xiàn)了優(yōu)異的免疫調控功能。

圖4 （a）大鼠模型腹壁缺損及植入PP補片、PCO補片、PVA水凝膠和SPVA-AC水凝膠前后的數(shù)碼照片。（b）術后第10天不同處理組腹壁缺損處內臟粘連形成的數(shù)碼照片。（c，d）不同處理組術后第10天的HE染色（c）和Masson染色（d）圖像。比例尺：圖a、b為1 cm，圖c、d為100 μm。

圖5 （a）不同處理組IL-6、IL-1β、TNF-α和IL-10的免疫組化染色。（b，c）IL-6（b）和IL-10（c）的定量分析。（d）不同處理組α-SMA和CD31的免疫組化染色。（e）不同處理組血管數(shù)量的定量分析。比例尺：圖a、d為100 μm。數(shù)據(jù)以平均值±標準差表示（n = 3個獨立樣本；數(shù)據(jù)采用單因素方差分析；p < 0.05，p < 0.01，p < 0.001）。

圖6 植入PP補片、PCO補片、PVA水凝膠和SPVA-AC水凝膠后第10天的iNOS/CD68、Arg-1/CD68和CD206的代表性圖像。比例尺：50 μm。

這項研究成功開發(fā)了一種超結構SPVA-AC水凝膠，通過將AC簡便地引入PVA基質，實現(xiàn)了分級多孔結構、力學穩(wěn)定性、免疫調節(jié)和促愈合功能的協(xié)同整合。AC作為多功能組分，不僅通過氫鍵、疏水相互作用和機械互鎖增強水凝膠網絡，還構建了利于細胞浸潤和營養(yǎng)運輸?shù)姆旨壙捉Y構。更重要的是，AC通過高效清除ROS和吸附炎癥因子，顯著增強水凝膠的抗氧化和抗炎性能，通過促進M2型巨噬細胞極化構建再生微環(huán)境，加速組織愈合。SPVA-AC水凝膠在體內表現(xiàn)出長期力學穩(wěn)定性、最小溶脹和加速組織愈合的優(yōu)異性能，超越了傳統(tǒng)PP和PCO補片及純PVA水凝膠。值得注意的是，這些多功能特性是通過簡便可擴展的制備路線實現(xiàn)的，無需復雜的化學修飾或復合策略。該工作為開發(fā)適用于軟組織修復和再生醫(yī)學的高性能生物材料提供了新的概念和實踐框架。