尿道狭窄是尿道损伤后病理性愈合所致的一种下尿路疾病。随着人口老龄化加剧以及新兴医疗技术蓬勃发展，尿道狭窄的发病率也随之增加。目前以手术为主的治疗手段总体效果并不理想，即便是治疗金标准的尿道成形术，手术切口处瘢痕再发狭窄的问题仍然难以解决，探寻手术之外的尿道狭窄防治策略迫在眉睫。
尿道狭窄发生的病理基础在于尿道周围结缔组织中大量成纤维细胞异常活化、细胞外基质（extracellular matrix, ECM）合成和降解失衡所致的尿道纤维化改变。对此，近年来国内外多个研究团队采用尿道内局部给药策略，抑制尿道纤维化进程。然而，由于上述策略药物在局部的滞留性差、可能引起严重并发症、治疗措施对患者依从性要求高，其临床疗效和实用性有限。相比之下，若能将基础医疗器械导尿管与药物缓释系统相结合，即可在引流尿液的同时，通过局部持续释药，抑制尿道狭窄形成，具有给药方式简便、副作用小、患者接受度高的优点，将成为尿道狭窄治疗的一大突破。然而，构筑具有临床应用前景的抗纤维化导尿管存在诸多挑战，主要包括药物递送系统与导尿管表面难以牢固结合、载药量有限、药物释放周期过短及突释现象明显。此外，为了避免细菌在导尿管表面定植引发尿路感染，加剧尿道纤维化，理想的抗纤维化导尿管还应当具备良好的抗菌性能。因此，开发药物递送系统与导尿管结合稳固、释药行为稳定，且兼具抗菌能力的新型导尿管对突破尿道狭窄临床防治困境具有重要的意义。
。该研究基于蛋白质类淀粉样聚集体良好的界面粘附性和天然的内部孔道结构，将表面修饰与药物递送相结合，开发出可持续稳定递送抗纤维化药物长达数十天的新型导尿管，通过调控损伤尿道组织修复，维持ECM合成-分解平衡，有效抑制尿道狭窄形成。
该团队先前已报道利用三（2-羧乙基）膦盐酸盐（tris(2-carboxyethyl)phosphine, TCEP）还原牛血清白蛋白（bovine serum albumin, BSA）制备具有抗污性质的相转变牛血清白蛋白（phase-transited BSA, PTB）涂层的策略。在此基础上，本工作为了改善PTB涂层脆性大、易开裂的弊端，采用一步法向相转变体系中引入海藻酸钠（sodium alginate, SA），成功制备了一种多糖/蛋白质杂化纳米膜（PTB@SA）并对其性质进行了研究（图1a）。解折叠状态的蛋白质在疏水相互作用的驱动下，形成纳米级寡聚体颗粒，进而在在界面处自组装形成连续的纳米薄膜（图1b）。膜内相邻寡聚体之间形成的孔隙结构（孔径约2 nm）为后续设计和制备载药涂层提供了物理空间和可行性（图1c）。此外，通过调整SA在相转变溶液中的添加比例，可以很好地调控涂层中SA的实际掺杂程度（图1d）。
图1 多糖/蛋白质杂化纳米膜（PTB@SA）的制备及策略
借助解折叠蛋白质与SA之间的氢键和静电作用，柔性的多糖分子被成功锚定于涂层中（图2a）。通过单轴拉伸实验和纳米压痕可知，与纯PTB涂层相比，杂化涂层的杨氏模量和硬度降低，而韧性和断裂应力增强（图2b，c）。疲劳弯曲实验结果也表明杂化纳米膜可以在弯曲应力下保持涂层完整，避免开裂和剥脱（图2d），是一种比PTB更适于柔性基底表面改性的涂层材料。
图2 PTB@SA涂层的力学性能
该研究进一步对PTB@SA涂层的抗菌性能进行了探究，发现杂化纳米膜仍然可有效抵抗细菌定植和生物模形成（图3a-d），并在兔泌尿系统内验证了PTB@SA涂层导尿管对导尿管相关泌尿系感染的预防效果，可有效降低尿道组织炎细胞浸润及尿液白细胞数量（图3e-j）。因此，PTB@SA杂化膜制备简便快捷，杂化涂层成功融合了SA和PTB的优良特性，形成了兼具柔韧性、粘附性与抗生物膜效果的高性能涂层，在生物医用防污染涂层和柔性医用材料功能化方面具有巨大的应用潜力。
图3 PTB@SA涂层的抗菌性能
受上述结果的鼓舞，本研究进一步设计了一种三明治状结构，将抗纤维化药物雷帕霉素包裹在两层纳米膜内（图4a-d），构建了一种可适用于导尿管等医用材料表面的抗纤维化药物缓释涂层。其中底层纳米膜负责改善硅橡胶的润湿性，接合基底与药物储库层；而在药物储库表面原位形成的纳米膜既是针对细菌生物膜的抗污涂层，也是用于缓释药物的释放速率控制膜。多糖杂化薄膜可有效控制雷帕霉素长效释放数十天（图4e），与现有市售的雷帕霉素洗脱支架和其他经局部治疗预防尿道狭窄形成的相关研究相比（图4f，g），本研究具有最小的药物突释效应和更均衡的释药速率，这对于增强载药器械的安全性和疗效具有重要意义。
图4 基于PTB@SA纳米膜设计的抗纤维化导尿管及其释药性能
经兔尿道狭窄模型验证，抗纤维化导尿管可持续释放雷帕霉素来调控损伤愈合过程中细胞外基质的合成和降解（图5d，e）。1个月后，普通硅橡胶导尿管组兔尿道管腔缩窄程度高达51.8%，而使用抗纤维化导尿管，兔尿道管腔缩窄程度仅为10.8%，说明雷帕霉素药物涂层导尿管具有良好的抗狭窄效果（图5a，b）。除此之外，抗纤维化导尿管的总载药量为3 mg，仅占尿道灌注和全身给药所需雷帕霉素总量的10.7%和2.2%，但管腔减小改善百分比可达79.2%（图5c），说明抗纤维化导尿管具有更高的效果/剂量比，这也是迄今为止在通过局部治疗预防尿道狭窄的临床前研究中所报告的最佳效果。
图5 抗纤维化导尿管抑制兔尿道损伤后狭窄形成
