本稿では2007年から2026年までに発表された11件の代表的な研究を選定し、中国、トルコ、韓国、ロシアなどの研究チームの成果を網羅して叙述的レビューを行う。内容はTONGLIが原著文献に基づき独自にまとめたものであり、文中には研究段階が明記され、研究成果の帰属は原著作者にある。
01術後癒着防止膜はどのような課題を解決する必要があるか
術後癒着防止膜は通常、損傷組織の修復期間中、隣接する組織間の望ましくない結合を減少させる一時的なバリアとして設計される。材料は標的部位を覆うと同時に、体液、組織の動き、および分解過程にも適応する必要がある。研究者にとってまず明確にすべきは、膜をどこに配置するか、どのような接触状態を維持するか、そしてどの正常な機能を保護したいかという点である。2,5,6,7
| 応用分野 | 材料設計における重点事項 | 文献における評価の重点 |
|---|---|---|
| 腹腔内癒着防止膜 | 湿潤状態での密着性、被覆の完全性、分解とバリア持続時間 | 癒着範囲と程度、組織反応 2,4,7 |
| 腱癒着防止膜 | 被覆と滑り、湿潤状態での寸法安定性、修復部位の可動域 | 腱の滑走、関節可動域、修復強度 5,8 |
| 心膜および心臓表面のバリア | 持続的な動き下での安定性、固定または縫合、両側界面の機能 | 癒着、組織反応および修復機能 6,11 |
設計段階で区別すべき問題の一つは、細胞培養用足場は細胞が繊維ネットワーク内に侵入することを促すことが多いのに対し、癒着防止バリアは望ましくない細胞の横断を制限する必要があるという点である。したがって、繊維が細い、孔隙が多い、または細胞外マトリックスに類似しているというだけでは、ある膜が癒着防止に適しているとは断定できない。湿潤状態で効果的な分離を維持できるかどうかも観察する必要がある。7,8
02エレクトロスピニングは癒着防止膜にどのような構造上の選択肢を提供するか
既存の研究では、ポリカプロラクトン（PCL）、ポリ乳酸-グリコール酸共重合体（PLGA）、ポリ乳酸-カプロラクトン共重合体（PLCL）などの材料を用いて繊維骨格を構築し、さらにブレンディング、層形成、または表面処理によって組織との接触界面を調整している。エレクトロスピニングは、膜全体を製造することも、複合膜の中で支持またはバリア機能を担う層を製造することも可能である。1,4,6,10
親水性複合化と表面コーティング
ヒアルロン酸、ポリエチレングリコール（PEG）、およびポリビニルアルコール（PVA）は、濡れ性と表面の細胞接着挙動を調整するために用いられている。研究手法には、親水性成分を繊維に添加する、二層膜を構築する、または繊維骨格上にコーティングを形成するといったものがある。関連する設計上の問題は、表面の特性が変化した後、膜の膨潤、成分の溶出、および湿潤状態での強度が依然として使用要件を満たすかどうかである。2,4,10
局所薬物送達と両面機能構造
薬物を担持する繊維は、物理的な分離と局所的な放出を組み合わせる。両面で機能が異なるJanus膜は、一方の面を固定や修復に関与させ、もう一方の面を低接着、潤滑、または分離の役割に担わせる試みである。これらの構造により、材料は特定の界面に合わせて機能を配分できるが、放出過程、層間結合、および正常な治癒についてもさらなる検証が必要である。3,6,9,11
03腹腔内癒着防止膜：繊維バリアから親水性複合化へ
PCL繊維膜と局所放出に関する初期研究
Bölgenらは2007年、PCLエレクトロスピニング膜および抗菌薬を含有するPCL膜をラットの腹壁損傷モデルに用い、肉眼および組織学的観察によって癒着を評価した。この研究は、繊維バリアが局所薬物担体としても機能するという研究アプローチを早期に示したものである。1
二層膜とPEG/PLGA複合膜
Jiangらは2013年、ヒアルロン酸を含有するPCL層とPCL外層を組み合わせた二層膜を作成し、ラットの虫垂擦過モデルおよび腹壁損傷モデルで評価した。術後14日目の観察結果は、その癒着防止作用を裏付けている。材料設計への示唆としては、支持層と親水性機能成分をそれぞれ配置し、その後のバリア性能全体を評価できる点が挙げられる。2
Liらは2017年、さらに異なるPEG含有率のPEG/PLGAエレクトロスピニング膜を比較した。研究では構造、分解挙動、およびラット腹腔内での癒着防止性能が同時に調査され、5% PEG処方が当該研究条件下で良好な総合結果を得た。このことは、親水性成分を繊維骨格と合わせて設計すべきであり、添加量の増加が必ずしもより良い総合的性能につながるとは限らないことを示している。4
EGCG薬物担持繊維膜
Shinらは2014年、エピガロカテキンガレート（EGCG）をPLGAナノ繊維に導入し、持続的放出、抗酸化挙動、およびラット腹膜モデルにおける癒着防止性能を研究した。これにより、研究課題は単なる組織分離から局所反応の調節へと拡大された。上記の腹腔内研究はいずれも動物実験であり、材料設計の理解には有用であるが、ヒトにおける治療効果の結論として直接用いることはできない。3
04腱癒着防止膜：分離と滑走の両立
腱周囲の繊維膜は、外部からの瘢痕形成の干渉を減少させ、滑走空間と正常な治癒を維持する必要がある。Chenらによる2019年の水性ポリウレタンエレクトロスピニング膜研究では、ウサギの屈筋腱修復モデルで癒着を評価し、関節可動域、腱の滑走、および力学的指標を調査した。これにより、評価は膜表面の細胞挙動から運動機能へと拡大されたが、この結果も依然として動物検証の段階にある。5
汪孟姣ら2024年に報告されたキトサン/PVA/PCL多成分繊維膜は、湿潤状態での巻き込み、構造および力学的安定性に注目し、線維芽細胞関連の評価を実施した。この材料とin vitro研究は、腱を被覆するサンプルを準備する際、湿潤後の形状と寸法の保持を、乾燥状態の形態と合わせて調査すべきであることを示している。8
05心膜癒着防止膜とJanusパッチ：運動と修復の両立
Jinら2022年に発表された研究では、PLCLナノ繊維、PVAエアロゲル、およびメラトニンを組み合わせて縫合可能な複合膜を構築し、ウサギの心膜再建関連実験で術後3ヶ月まで観察した。この研究では、操作性、組織反応、および癒着防止を同時に評価しており、心膜バリアが表面の低接着性のみを追求するのではなく、固定と持続的な動きの両方に適応する必要があることを示している。6
両面機能膜は、この設計をさらに細分化する。Wangら2024年がACS Nanoで報告した、両イオン性潤滑表面と酸化セリウム含有繊維層を持つJanusパッチは、ラットの皮膚創傷および子宮損傷関連モデルで研究が行われた。両側が異なる機能を担うことで、組織修復と外側面の癒着防止を同時に考慮するアプローチが提供されたが、その結果を他の手術部位に直接外挿することはできない。9
Lvら2026年に発表された研究では、生体接着層、ミトコンドリア送達系、および潤滑エレクトロスピニング外層を組み合わせて、ラットの心筋梗塞モデルにおける修復と癒着防止に用いた。これは、心臓修復パッチが外側の組織接触を管理する方向性を示しており、動物段階における複合材料研究に属する。11
もう一つの、作製方法の組み合わせに重点を置いた例として、Badaraevら2025年がエレクトロスピニングPLGA骨格上にPVAコーティングを形成し、構造、力学特性、および細胞接着を評価した研究がある。この研究は材料およびin vitro段階にとどまっているが、繊維骨格と後続のコーティングが共同で最終的な界面を決定しうることを示しており、単一の工程ですべての機能を担う必要はない。10
06ヒト研究はエレクトロスピニング癒着防止膜にどのようなエビデンスを提供したか
Xuら2022年の論文では、PLGAとPLA-b-PEGからなるエレクトロスピニング膜について、ラットおよびミニブタでの実験に加え、中国の4施設における150例の患者を対象としたランダム化試験が報告された。補足資料によると、患者は2011—2012年に登録され、単盲検、プラセボ対照並行試験デザインが採用され、対照群には癒着防止製品は留置されなかった。7
著者は短期間の癒着発生が減少した結果を報告した。主要な癒着評価は術後6—8週目に超音波およびMRIによって行われ、一部の適格者には腹腔鏡検査が実施された。総観察期間は12週であった。これは特定の材料と手術条件下におけるヒト研究の証拠を提供するものであるが、これをもって長期の腸閉塞、再手術、または慢性疼痛がいずれも減少すると推論することはできず、また、すべてのエレクトロスピニング膜が同様の性能を持つことを証明するものでもない。7
07文献の手法から再現可能な術後癒着防止膜サンプルへ
これらの研究を総合すると、術後癒着防止膜の開発は3つの問いを中心に展開できる。すなわち、膜が湿潤状態で被覆を維持できるか、組織との接触界面が設計目的に適合しているか、そして隔離作用が正常な修復と整合しているかである。エレクトロスピニングによる作製に対応させるには、配合、繊維構造、複合工程、およびサンプル評価を関連付ける必要がある。2,4,5,6,7,8,10
まずサンプルを定義し、次に装置構成を議論する
PLGAまたはPCL膜の材料配合を比較したい場合、まずサンプルの寸法、厚さまたは面密度、繊維形態、およびサンプリング方法を明確にする。二層構造またはJanus膜を研究する場合は、各層の役割、堆積順序、および後処理についても説明する必要がある。その上で、供給、ノズル、収集方法、および環境制御について議論することで、装置構成に具体的なサンプル目標が与えられる。
乾燥状態での成膜と湿潤状態での使用を同一の検証パスに位置づける
研究サンプルは繊維形態の観察に加え、用途に応じて浸潤後の収縮、膨潤、強度、層間接合、およびバリア完全性を評価すべきである。残留溶媒、生体適合性、滅菌の影響、および分解挙動は材料と製品の検証内容であり、具体的な体系に基づいて実施する必要があり、装置パラメータで代替することはできない。4,6,7,8,10
スケールアップ作製時には比較可能なプロセス記録を保持する
サンプル面積または作製時間が増加する場合、材料バッチ、溶液の状態、供給、電場、温湿度、収集速度、および後処理の記録をサンプルの検査結果と対応させることができる。連続作製では、有効幅、単位面積あたりの堆積量、およびバッチの一貫性を中心に検証を行う必要があり、その目標は、実験室で明確にされた構造要件をより大きなサイズへ安定的に引き継ぐことである。
08術後癒着防止膜材料の研究開発におけるよくある問題
PLGAとPCLのどちらが術後癒着防止膜の作製により適しているか
文献には両者の研究事例が存在するが、ポリマーの名称だけでは適用性を判断できない。材料の仕様、複合成分、湿潤状態での構造、分解過程、および使用部位を総合的に考慮し、それに対応する試験を通じて比較する必要がある。1,2,4,7
術後癒着防止膜には必ず薬剤を載せる必要があるか
必ずしもそうではない。物理的バリア、親水性界面、薬剤含有繊維、および両面構造についてそれぞれ探求した研究が存在する。活性成分を導入するか否かは、解決したい問題、およびそれに対応する放出と生物学的検証が設計目標を支持できるかどうかによって決まる。2,3,4,9,10
エレクトロスピニング装置はどの段階に関与できるか
繊維骨格、共混繊維、または層状繊維構造の作製に関与できるほか、コーティング、乾燥、およびその他の複合工程と連携することも可能である。まず膜全体の構造と、エレクトロスピニング層が担う役割を説明し、それに基づいて対応する供給と収集の構成を選択する必要がある。2,6,10
参考文献
以下は本稿で使用した原著研究である。研究の解説は、論文の著者、研究機関とTONGLIとの間に装置の購入または協力関係があることを示すものではない。文献[9]と[11]は原文の要旨および書誌情報に基づき整理し、その他の文献は全文を基に精査した。
検索・照合のため、書誌情報は原著の言語で記載しています。
Bölgen N, Vargel I, Korkusuz P, et al. In vivo performance of antibiotic embedded electrospun PCL membranes for prevention of abdominal adhesions. Journal of Biomedical Materials Research Part B, 2007, 81(2):530–543.
DOI：10.1002/jbm.b.30694 ↗Jiang S, Wang W, Yan H, Fan C. Prevention of Intra-Abdominal Adhesion by Bi-Layer Electrospun Membrane. International Journal of Molecular Sciences, 2013, 14:11861–11870.
DOI：10.3390/ijms140611861 ↗Shin YC, Yang WJ, Lee JH, et al. PLGA nanofiber membranes loaded with epigallocatechin-3-O-gallate are beneficial to prevention of postsurgical adhesions. International Journal of Nanomedicine, 2014, 9:4067–4078.
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DOI：10.3390/ijms20071625 ↗Jin D, Yang S, Wu S, et al. A functional PVA aerogel-based membrane obtaining sutureability through modified electrospinning technology and achieving promising anti-adhesion effect after cardiac surgery. Bioactive Materials, 2022, 10:355–366.
DOI：10.1016/j.bioactmat.2021.08.013 ↗Xu S, Wang C, Mao R, et al. Surface structure change properties: Auto-soft bionic fibrous membrane in reducing postoperative adhesion. Bioactive Materials, 2022, 12:16–29.
DOI：10.1016/j.bioactmat.2021.10.040 ↗汪孟姣, 吴新康, 王富军, 等. 具有力学与结构稳定性多组分纤维肌腱防粘连膜制备及性能. 生物医学工程与临床, 2024, 28(5):602–610.
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