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Nature子刊：不溶胀的水凝胶，视网膜脱离患者的福音
视网膜常被医生比喻为老式相机的底片，负责感光成像。当我们看东西时，物体的影像通过屈光系统落在视网膜上，信息在视网膜上形成视觉神经冲动，并传递到视中枢形成视觉，这样我们大脑便可建立起物体的影像。视网膜脱离，指视网膜的神经上皮层和色素上皮层发生分离，它通常由高度近视、糖尿病、外伤等因素引起，会引起视力下降、视野丢失甚至失明。
视网膜脱离示意图。图片来自网络
目前，通过外科手术修复是治疗视网膜脱离的最常用方法。手术过程中需要切除部分玻璃体（vitreous body）并向眼球中注射专用的气体（如六氟化硫和全氟丙烷）或硅油来进行填充，以此来托举和顶压脱离的视网膜，使之复位并逐渐恢复正常。然而气体与硅油均存在一些问题，例如，由于气体和硅油的密度比水小，因而患者要保持面部朝下的体位，这些填充物才能上浮并支撑视网膜。这样的体位需要严格坚持数周，给患者生活造成极大的不便。此外，由于折射光的能力与玻璃体不一样，这两者都会对视力造成一定影响。采用气体填充的患者，在短时间内不能航空旅行，避免海拔上升造成的气泡膨胀和眼内气压的快速增加。而硅油等液体填充物无法被眼睛吸收，填充进去后，需要二次手术取出。如果放置时间过长，则有可能造成青光眼。
视网膜脱离手术修复过程中注射填充物。图片来自网络
近年来，水凝胶因拥有极好的机械稳定性和生物相容性，有望作为新的注射填充物。但由于注射入眼球中的水凝胶往往渗透压高于周围的生理环境，渗透压差导致水凝胶吸水溶胀，一方面会改变其形状及力学性质，一方面还会给周围组织带来伤害。尽管科学家可以通过减少胶内聚合物的含量来降低渗透压，但这样会导致水凝胶不够坚固、成胶速度过慢等问题。
日前，日本东京大学Takamasa Sakai、筑波大学Fumiki Okamoto及其研究团队，采用两步法合成了一种超低聚合物含量的水凝胶，避免了溶胀问题，可作为理想的人工玻璃体，成功地应用于兔子视网膜脱离的修复。相关研究成果发表于Nature Biomedical Engineering杂志上。
Takamasa Sakai教授。图片来源：University of Tokyo
研究人员以分别具有巯基末端和马来酰亚胺末端的星形聚乙二醇为起始物。在第一步中，研究人员将这些可相互作用的活性聚合物混合，分别使巯基末端或马来酰亚胺末端的聚合物过量，进行两个独立的反应，在形成凝胶之前通过稀释来终止反应，得到交联的聚合物簇（polymer clusters）。巯基和马来酰亚胺基团分别“占据”这两种聚合物簇的表面。接着在第二步中，研究人员将两种聚合物簇进行混合，在10分钟的时间内就可以得到聚合物含量超低（4.0 g/L）、不会溶胀的水凝胶（下图）。
两步法合成水凝胶作为人工玻璃体。图片来源：Nature
在随后的动物实验中，水凝胶原料被研究人员注入视网膜脱离的兔子眼球内，随即在眼球内凝胶化形成水凝胶，起到了人工玻璃体支撑视网膜的作用，而且这一效果能持续一年以上（实验持续了410天），被修复的视网膜没有出现再次脱落。并且，这种材料没有明显的毒副作用，也未引起炎症反应。因而，它的生物相容性比气体或硅油更加优异。此外，水凝胶可保持清澈透明，成功解决了气体和硅油带来的视力问题。
水凝胶作为人工玻璃体用于兔子视网膜脱离的修复。图片来源：Nat. Biomed. Eng.
尽管研究结果让人欣喜，但哥伦比亚大学的Stanley Chang教授表示仍然存在些问题。例如，这种低浓度聚合物在与人类更为相似的动物甚至人类的视网膜脱离修复中，是否具有足够的机械强度？此外，研究人员并未对这种水凝胶的降解动力学进行研究，在其液化前水凝胶能够维持多长时间的机械强度？水凝胶是否能够容易地被移出体外？如果血液或蛋白进入到眼内，水凝胶是否仍然保持清彻透明？这些潜在问题都需要进一步考虑。
但毫无疑问，这一研究还是给视网膜脱离的修复带来了新的材料选择。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：
Fast-forming hydrogel with ultralow polymeric content as an artificial vitreous body
Nat. Biomed. Eng., 2017, DOI: 10.1038/s41551-017-0044
部分内容编译自：
http://www.nature.com/nature/journal/v543/n7645/full/nature21898.html
（本文由冰供稿）