文獻信息
江南大學無錫醫學院、南京中醫藥大學、江南大學創傷修復技術教育部工程研究中心、江南大學附屬醫院等團隊合作的研究成果In situ-formed micro silk fibroin composite sutures for pain management and anti-infection(原位形成的微絲素復合縫合線用于疼痛管理和抗感染)在學術期刊《COMPOSITES PART B-ENGINEERING》(IF=13.1)發表。平生公司的小動物PET/CT(型號:Super Nova)產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。

文獻背景
手術縫合線可以縫合傷口，促進傷口愈合。縫合線需要滿足適當的力學性能和生物相容性，因此為了獲得更好的力學性能，開發了復雜和高成本的編織工藝。然而，在某些情況下，如疼痛和感染，它們仍然不能理想地起作用。疼痛是幾乎所有損傷、感染和疾病中最常見的癥狀。疼痛管理不當導致患者身體和心理上的不良后果。為此，作者設計了一種多功能的微絲素纖維(SF)復合縫線。它是從繭中提取的一根可長達數百米的超長和超細的SFs。縫線通過改變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。作者應用PET/CT對腦區客觀代謝數據進行研究，發現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。作者發現SMG-VC-IB降低了疼痛相關腦區的代謝水平，包括經典疼痛基質。也證實了縫合線的止痛藥布洛芬有助于度過術后炎癥期，進入舒適的恢復期。作者的研究提出了一種環保的制造解決方案，用于設計多功能復合縫線，用于疼痛管理和感染控制。

實驗方法
SMG-VC-IB的體內鎮痛功能
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，然后用商業絲縫合線縫合皮膚。假手術組不縫合肌肉切口，僅縫合皮膚。所有手術均在無菌條件下進行。術后，當大鼠通過150cm長的透明管時，用攝像機記錄大鼠的運動狀態，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，設置15cm高度放置單線紅外定位器。當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,平生醫療科技有限公司)，大腦進行靜態PET掃描10min。PET掃描后，進行CT掃描。¹⁸F-FDG PET數據采用PMOD軟件3.6版進行處理和分析。為了進行感興趣量(VOI)分析，PMOD記錄了大鼠腦模板和圖譜中58個區域的PET數據。標準攝取值(SUV)的定義分區大鼠腦自動應用于測量。這項研究評估了58個大腦區域，整個圖譜被用于全腦規范化，如前所述。通過將單個區域的¹⁸F-FDG攝取值除以整個大腦的攝取值來計算區域SUV，計算公式為eq(3)。通過創建10只未治療的正常大鼠的基線數據庫，作者比較實驗組與基線之間的SUV差異，并用Z分數表示差異，計算公式為eq(4)。作者認為兩者在|Z|>2上有顯著差異。Z>2的區域用紅色表示，Z<- 2的區域用藍色表示。

實驗結果
從行為測試到PET/CT ¹⁸F-FDG評估，體內疼痛緩解
除了行為指標，作者還研究了大腦疼痛反應區域的更客觀的變化。FDG是氟脫氧葡萄糖，它很容易被高葡萄糖利用率的細胞吸收。¹⁸F-FDG是用正電子發射放射性同位素¹⁸F合成的，它形成一種顯影劑，可以在正電子發射斷層掃描成像設備(PET/CT)中成像。¹⁸F-FDG跟蹤血液流動，顯示大腦不同區域的特定活動，活動越高表明該大腦區域葡萄糖攝取越多，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。涉及疼痛基質的幾個腦區在手術前后表現出不同的代謝譜和不同的攝取表現。痛覺基質主要由扣帶皮層、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域之一。一些研究表明，這與疼痛刺激的位置無關，而與疼痛體驗的情緒成分有關。在急性肌肉疼痛的腦血流動力學研究中，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知和運動的區域，在與疼痛感知、覺醒和認知相關的實驗中被廣泛報道。疼痛刺激通常激活腦丘，也參與急性創傷性損傷疼痛的喚醒過程。
 首先對10只正常大鼠進行PET/CT掃描，計算腦內¹⁸F-FDG的基線攝取。SMG、SMG-VC-IB和sham各3只，于1天后進行¹⁸F-FDG成像。計算標準攝取值(suv)以排除大鼠體重差異，從而允許更準確的¹⁸F-FDG校準。在圖A中，疼痛相關腦區的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翻譯活動有關。在SMG-VC-IB組中，SUV在大多數疼痛相關區域顯著降低，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分數。[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腦區如圖B所示。根據PMOD對大鼠大腦的劃分和定位，在圖11B1的4個CT切片上標記出|Z|>2的相關腦區。在圖B2中，Z>2的區域用紅色表示(激活的腦區)，Z<-2的區域用藍色表示(抑制的腦區)。作者觀察到，與假手術組相比，SMG和SMG-VC-IB組的腦紅區明顯減少，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|Z|>2的三維圖像如圖12和影像S5所示。與基線相比，假手術組更多的大腦區域顯示出¹⁸F-FDG攝取的顯著差異。在SMG組中，只有少數腦區存在顯著差異，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的數量有所增加。然而，一些大腦區域的活動強度低于假手術組，這可能是相對輕微的疼痛。

圖11 假手術組、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、假手術組、SMG組和SMG-VC-IB組疼痛相關腦區吸收¹⁸F-FDG的SUV, N=3。B.PMOD大鼠模型分割的4個CT切片的腦區(B1)和腦區|Z|>2 (B2)的PET/ CT圖像，Z>2的區域為紅色，Z<-2的區域為藍色。C.腦區體素之和Z>2, N=3。統計數據以mean±SD表示。

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

文獻結論
在這項研究中，作者設計了多功能絲素復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性能。VC的負荷具有明顯的抗感染作用，IB具有局部鎮痛作用。SMG-VC-IB無細胞毒性，具有良好的生物相容性。在體實驗中，SMG-VC-IB具有明顯的鎮痛作用，這是由大鼠行為學和腦內¹⁸F-FDG成像所顯示的。¹⁸F-FDG術后行為學與SUV顯著相關，提示SUV可能具有預后指示作用。

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