硬脊膜
（spinal dura mater，SDM）是保护脊髓、防止脑脊液泄漏和硬膜外粘连的关键组织。然而，在脊柱手术和神经外科手术中，硬脊膜损伤导致脑脊液泄漏是常见的术后并发症。目前，临床上用于硬脊膜修复的材料存在诸多局限性，如来源有限、降解速率与组织再生不匹配、易引发炎症和硬膜外粘连等。同时，SDM的细胞外基质（ECM）主要由纵向且平行排列的胶原纤维组成，具有各向异性特征。具有各向异性结构的软组织的修复需要使用生物材料来引导组织的定向生长，同时尽量减少硬脊膜外纤维性粘连。因此，
开发一种既能促进硬膜再生又能抑制硬膜外粘连的新材料，是目前面临的一项挑战。
为了应对这一挑战，
北京航空航天大学
开发了一种新型的Janus小肠黏膜下层（SIS）膜材料，通过在SIS表面涂覆丝素基水凝胶涂层，实现了对硬脊膜修复和防止硬膜外粘连的双重功能：内层丝素蛋白（SF）和甲基丙烯酰化丝素蛋白（SilMA）复合（SFMA）微沟槽涂层可引导细胞定向生长，促进硬脊膜再生；外层的甲基丙烯酰化透明质酸（HAMA）和SilMA复合涂层则能有效抵抗蛋白吸附和细胞粘附，抑制硬膜外纤维化粘连（图1）。相关论文研究成果以
“Janus decellularized membrane with anisotropic cell guidance and anti-adhesion silk-based coatings for spinal dural repair”
为题发表于著名综合性期刊
《Nature Communications》
上，
北航生医学院毕雪薇博士生（现为北京大学材料学院博士后）和北航材料学院毛智南博士生（现为香港中文大学博士后）为论文的共同第一作者， 樊瑜波教授、李晓明教授和李林昊副教授为该文的共同通讯作者，北京航空航天大学为第一完成单位。
图1 硬脊膜再生的Janus SIS膜的设计与制备
扫描电子显微镜（SEM）和三维光学扫描图像的结果表明，SIS表面具有纤维状和多孔结构。经过逐层自组装（LbL）方法沉积SFMA后，SIS表面的纤维和孔隙消失，表面变得光滑。在SFMA微沟槽涂层样品中，表面呈现出20微米间隔和深度的微沟槽，且在水蒸气退火处理后，SFMA微沟槽涂层的微观结构没有发生变化（图2b）。另一方面，HAMA-SilMA表面是平整的。此外，截面图像进一步展示了SIS的Janus特性，涂层主要集中在SIS膜的表面，而SIS膜的内部保持了松散的结构，没有SF的过度堆积（图2c）。
图2 Janus SIS膜的宏观和微观形貌表征
该研究为了提高SFMA微槽涂层吸水后的结构稳定性，巧妙的利用了水蒸汽退火处理工艺对Janus SIS膜进行了后处理。如图3所示，与未处理的微槽涂层相比，经过水蒸汽退火处理后的SFMA微槽涂层的二级结构发生变化，即促进了β-sheet的形成，同时通过控制处理时间可以控制β-sheet的含量。接下来对比分析了处理前后的力学性能，结果表明处理后的力学性能明显提升。
图3 水蒸气退火处理提高了SFMA微槽涂层的力学性能和结构稳定性
作者利用搭接剪切试验进一步研究了SFMA微槽涂层与SIS底物的界面结合力以评估涂层与底物的结合稳定性。如图4所示，SFMA改性的SIS基底与SFMA微槽涂层之间粘附强度最大。同时，水蒸气退火处理还可以进一步提高SFMA微槽涂层与SIS底物的界面结合力。这些结果表明，光固化反应的共价键和水蒸气退火处理介导的β-sheet物理相互作用协同提高了SFMA微槽涂层和SIS基底之间的界面粘附强度。
图4光固化和水蒸气退火处理增强了SFMA微槽涂层和SIS基底之间的界面粘附强度
HAMA-SilMA涂层在SFMA-SIS基底上表现出良好的稳定性，能够有效抵抗蛋白吸附和细胞/组织粘附（图5a-f）。同时，添加SilMA显著增强了HAMA涂层的结构稳定性，同时保持了其亲水性和抗蛋白吸附性能。在BALB/c小鼠体内进行降解实验(图5h, i)，结果表明HAMA-SilMA涂层在体内表现出适当的降解速率，能够满足术后抗粘附的需求，具有良好的临床应用前景。
图5 HAMA-SilMA涂层在SIS基底上表现出良好的稳定性以及抗粘附性能
通过SD大鼠皮下模型验证了微沟槽的体内结构稳定性以及与组织整合情况，如图6所示，在植入后28天，微沟槽的结构开始崩解，这表明SFMA微沟槽已经发生了生物降解。此外，大量宿主细胞分布在微沟槽内，且SFMA微沟槽表面和SFMA-SIS表面均显示出类似的纤维囊形成，这表明微沟槽涂层与宿主组织整合良好。此外，SFMA微沟槽表面和SFMA-SIS表面均以Arg-1阳性巨噬细胞为主，这表明SFMA微沟槽涂层类似于生物活性SIS膜，能够促进巨噬细胞向M2表型极化。
图6 SFMA微沟槽涂层与宿主组织整合良好，并促进了M2型巨噬细胞极化
组织学评估显示（图7），在植入14天后，HAMA-SilMA涂层表面作为物理屏障，与宿主组织明显分离，并
有效阻止了宿主细胞和组织的侵入，从而减少组织粘连的程度
