器官损伤的发生，尤其是主动脉破裂和心脏止血，很容易导致人体大出血，全世界30%以上的创伤性死亡是由失血过多引起的。目前，外科缝合、纱布包扎和电凝被认为是临床手术中常用的止血方法，但由于止血效率有限、技术操作繁琐、严重炎症反应和继发性组织损伤，所有这些方法都只适用于静脉出血的情况，在动脉和内脏大剂量出血的情况下实现快速止血仍然是临床的迫切需求。福州大学杨黄浩教授、张进副教授团队，首次提出了一种受贻贝和藤壶胶蛋白启发的双仿生水凝胶。得益于丰富的酚羟基、坚韧的耗散基质、界面水的去除以及酚醌的动态氧化还原平衡，该多网络水凝胶实现了可重复的、稳健的湿组织粘附性（151.40±1.50 kPa），快速多模式的自愈能力，以及对革兰氏阳性/阴性细菌的优异抗菌性能。对于心脏穿透孔和股动脉损伤的兔/猪模型，双仿生生物粘合剂的止血效率优于市售纱布。当与商业止血海绵相结合，可加速伤口愈合，表现出在战场环境中治疗深部伤口出血的巨大潜力。该研究以题为“Mussel- and Barnacle Cement Proteins-Inspired Dual-Bionic Bioadhesive with RepeatableWet-Tissue Adhesion, Multimodal Self-Healing, and Antibacterial Capability forNonpressing Hemostasis and Promoted Wound Healing”发表在《Advanced Functional Materials》上。
【水凝胶的设计】
从贻贝足蛋白中提取了L-3,4-二羟基苯丙氨酸（L-DOPA），其邻苯二酚侧链能够与各种基质形成不同类型的化学相互作用和交联。壳聚糖（CS）的内源性止血效率与单宁酸（TA）的伤口封闭功能相结合，在促进红细胞聚集和实现快速止血方面发挥协同作用。合成了邻苯二酚结合壳聚糖（C-CHI）作为新型止血材料体系的主要组分，并将有抗菌作用的银纳米颗粒（NPs）和脱细胞细胞外基质（dECM）分别进一步引入双仿生C-CHI/TA/SF（C-CTS）水凝胶中得到C-CTS/SA-Ag/dECM复合水凝胶。
图1：水凝胶的制备与机械性能表征
【水凝胶的可重复湿组织粘附性能】
从基质上进行宏观剥离实验，观察到水凝胶在界面处产生明显的剥离滞后。进一步在空气和水下测试水凝胶的粘附性能，发现水凝胶能紧紧粘附在猪皮肤组织、橡胶、玻璃和金属等各种材料表面上。在持续流动的水中，水凝胶可以紧紧粘附在聚苯乙烯盘上60秒，而在猪皮上可以保持30天。C-CTS/SA-Ag和C-CTS/SA-Ag/dECM水凝胶的粘附强度分别为125.86±7.33和97.33±4.36kpa；在重复15次粘附-脱附处理后，这些值仍然保持在约25.53±2.33和22.76±2.24 kPa的水平，明显高于C-CTS水凝胶。
图2：水凝胶的可重复湿组织粘合性能
【水凝胶的自愈行为】
水凝胶具有动态静电相互作用和可逆氢键，这使得它们具有理想的自愈行为。将完整的水凝胶粘附在手指上，弯曲手指将水凝胶分为两段；两块水凝胶接触40秒后，断裂的水凝胶愈合，并呈现出一定的机械性能，以抵抗手指弯曲造成的变形而不会断裂。同时，将一个完整的水凝胶样品切成两半，80°C下接触7分钟内能再次结合成一个完整的水凝胶。进行拉伸应力-应变测试，结果显示，加热固化的C-CTS、C-CTS/SA-Ag和C-CTS/SA-Ag/dECM水凝胶的平均拉伸强度分别为153.09±18.60、328.72±29.19和275.93±19.77 kPa。
图3：水凝胶的自愈合特性
【水凝胶的体外止血和生物相容性】
理想的止血敷料应该能够刺激受伤组织中血小板的聚集，并促进血栓的形成。与定性结果一致，空白对照、C-CTS、C-CTS/SA-Ag和C-CTS/SA-Ag/dECM水凝胶的凝血指数值在试验期间呈下降趋势，这表明水凝胶具有良好的凝血性能。通过SEM观察到大量盘状形态正常的红细胞粘附在水凝胶表面，同时有少量红细胞转移到棘球细胞和球突细胞中，表明水凝胶能很好地捕获和激活红细胞，但不影响其生理状态。将LO2细胞与水凝胶共培养，7d后，大多数细胞生长良好。
图4：水凝胶的体外止血和生物相容性
【水凝胶在兔出血模型中的体内止血性能】
将水凝胶应用于各种出血模型。与对照组和纱布组相比，水凝胶在20秒内迅速止血。进行了兔股动脉出血实验，模拟伤口在10秒内出现严重出血。立即将C-CTS/SA-Ag/dECM水凝胶直接倒入出血部位，无需使用任何止血钳协助则可止血。去除粘合剂再观察3分钟后，伤口部位没有再次出血。这证明水凝胶对股动脉损伤有良好的止血效果，并且去除水凝胶后伤口部位不会造成继发性损伤。且比其他先前报道的止血材料具有更高的止血速度和更低的剂量。
图5：水凝胶在兔出血模型中的止血性能评价
【小结】
综上所述，该研究受贻贝和藤壶粘蛋白粘附机制的启发，制备了作为一种新型止血敷料的C-CTS/SA-Ag-dECM水凝胶，在各种湿基质上都表现出超高的粘附性能。此外，该水凝胶还有着足够的机械强度、可重复的附着力和多模式的自愈合能力。与市售纱布相比，水凝胶在所有兔或/和猪损伤模型中显示出更好的止血能力，显示出与外科缝线相似的高愈合效率和无疤痕的强伤口愈合能力。与商业止血海绵的结合在临床治疗致死性非压迫性出血领域也显示出了良好的潜力。
以上文章转载于微信公众号高分子科学前沿，如有侵权，请及时联系我们修改或进行删除。
