研究背景：
吻合器目前已广泛应用于胃肠道重建的临床手术中。然而，目前使用的钛钉会永久存留于体内，导致一些不良反应。近日，东南大学薛烽教授和白晶副教授团队联合北京大学人民医院叶颖江教授团队共同报道了一种用于结肠吻合的可降解镁金属吻合钉，并通过体内外研究验证了其可行性（图1）。相关工作以“A biodegradable magnesium surgical staple for colonic anastomosis: in vitro and in vivo evaluation”为题发表于生物材料领域顶刊《Bioactive Materials》（IF：16.874）
图1 吻合钉涂层设计（a），钉型（b），及体内结肠端-侧吻合示意图（c）
研究结果：
为提高吻合钉早期耐蚀性，镁丝材经微弧氧化（MAO）处理和聚乳酸（PLLA）覆膜后，最终制备成了具有双层涂层的镁吻合钉（Mg-MP）。镁吻合钉浸提液与小鼠成纤维细胞（L-929）和肠上皮细胞（IEC-6）分别共培养7天后的结果表明，Mg-MP吻合钉降解没有产生细胞毒性（图2）。此外，Mg-MP 吻合钉在生理盐水和Hanks’溶液中降解均不会产生溶血反应，说明Mg-MP吻合钉的降解可以满足植入物溶血要求。体外猪结肠组织吻合实验和肠道拉伸实验结果表明，镁吻合钉力学性能满足使用需求。
图2 吻合钉细胞相容性（a）-（c），溶血反应（d）、（e），使用镁钉吻合猪结肠组织（f）和吻合后的肠道组织拉伸实验结果（g）
体外降解实验表明（图3），Mg-MP吻合钉在模拟结肠液中浸泡14天后，仍可以保持吻合钉抗拉力的稳定性。没有涂层的Mg钉在浸泡14天后质量损失为76.4 ± 5.7%，而Mg-MP钉的质量损失仅为8.5 ± 4.3%。Mg-MP钉表面在浸泡7天后出现点蚀坑，21天后腐蚀坑明显严重，42天后涂层完全破裂，此时吻合钉残余质量仅为36.2 ± 4.3%。此外，我们还发现，Mg-MP吻合钉外侧会优先降解，并且整体降解速率会在后期变快。总的来说，Mg-MP吻合钉的双层涂层可以使吻合钉在早期保持良好的耐腐蚀性。
图3 吻合钉体外降解性能，（a）降解形貌，（b）失重，（c）局部形貌，（d）电化学阻抗，（e）单钉抗拉能力，（f）离子释放量
进一步使用Mg-MP吻合钉和临床钛钉用于24只比格犬的结肠端-侧吻合，术后7天观察到Mg-MP吻合钉的整体结构，90天后完全降解。12只使用Mg-MP吻合钉的比格犬肠道组织在术后90天完全恢复。Mg-MP钉组和Ti钉组在术后7天和90天的肠道爆破压和吻合口直径无明显差异（图4）。
图4 （a）解剖学观察，（b）肠道爆破压，（c）吻合口直径
观察吻合钉周围肠道组织、脏器组织和脑组织（图5, 6），两组均无明显异常，表明Mg-MP钉组与Ti钉组无显著差异。吻合口炎症反应在植入7天后仍然存在，90天后缓解。两组比格犬在血常规、肝功能、肾功能、以及脏器离子水平上也均无显著差异。
图5 （a）肠道组织染色，（b）免疫组化，（c）透射观察
图6（a）脏器组织和脑组织染色，（b）离子浓度，（c）血常规、肝功能和肾功能
Mg-MP吻合钉降解与肠道组织愈合过程如图7所示。在Mg-MP吻合钉植入初期，没有涂层的钉尖端首先被降解。随后，溶液通过PLLA涂层导致基体降解，特别是暴露在结肠液中的变形位置。当氢气或降解产物的生成速率大于基体体积损失时，PLLA涂层隆起直至破裂失效，同时，吻合钉被肠道组织包覆。随着降解的进行，液体持续从PLLA涂层的破裂位置渗透，降解包裹在组织中的部分。最终，Mg-MP吻合钉完全降解。总而言之，Mg-MP吻合钉可以承担Ti吻合钉在结肠重建中的作用，并可以完全降解吸收，这种良好的性能使Mg-MP吻合钉成为结肠重建手术中的理想候选者。
图7 Mg-MP吻合钉的降解机制与肠道愈合过程
本论文以东南大学为第一完成单位，博士生张越为本文第一作者，北京大学人民医院曹键副教授为共同一作，白晶副教授和叶颖江教授为共同通讯作者。相关工作得到了来自东南大学苏州医疗器械研究院、南京医科大学、江苏省轻金属合金重点实验室等单位协助，并得到了来自国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省重点研发计划、苏州市科技计划项目和江苏省先进金属材料重点实验室开放基金等项目的大力支持。
全文链接：
Y. Zhang#, J. Cao #, M. M. Lu, Y. Shao, K. W. Jiang, X. D. Yang, X. Y. Xiong, S. Wang, C. L. Chu, F. Xue, Y. J. Ye **, J. Bai *, A biodegradable magnesium surgical staple for colonic anastomosis: in vitro and in vivo evaluation, Bioactive Materials, 22 (2023) 225-238.
https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.09.023