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武漢大學施曉文教授、鐘自彪副教授、葉啟發教授團隊 AFM：環境干燥的快速膨脹殼聚糖海綿用于不可壓迫傷口出血控制和原位組織再生

2023-03-30 來源：高分子科技

出血控制，特別是不可壓迫傷口止血，是世界范圍內軍事傷害和事故創傷所面臨的巨大挑戰。基于沸石的Quick Clot、殼聚糖止血粉、纖維蛋白基繃帶等，通常難以控制由槍支、爆炸或銳器引起的軀干不可壓迫性出血。海綿作為一種多孔彈性材料，是治療深度創傷常用的材料，特別是具有良好膨脹性和高親水性的形狀記憶海綿能快速吸收血液并膨脹起到壓迫止血的作用。殼聚糖是含有豐富氨基的生物活性多糖，在止血方面效果顯著。但其結晶性導致純殼聚糖海綿的力學強度和回彈能力差，開發高回彈性殼聚糖海綿在不可壓迫傷口止血方面具有潛在應用。此外，殼聚糖海綿通常采用冷凍干燥技術成型，需要專門生產設備和高能耗，開發環境干燥的止血海綿有利于大規模生產。

圖1 可膨脹殼聚糖海綿的制備

武漢大學資源與環境科學學院施曉文教授聯合武漢大學中南醫院鐘自彪副教授、葉啟發教授團隊報道了一種可用于不可壓迫出血控制和原位組織再生的環境干燥快速膨脹殼聚糖海綿（CSF冷凍凝膠）。該海綿由大量的再生殼聚糖纖維自組裝而成，具有優異的可壓縮性和良好的力學強度。該海綿的生產無需依賴冷凍干燥設備和高溫高壓環境，具有成本效益和大規模生產的潛力。將殼聚糖海綿在乙醇環境中壓縮并固定形狀，并在室溫下干燥，可以避免殼聚糖海綿在干燥后再壓縮定型時材料的脆性斷裂。該海綿具有高吸水性，通過毛細作用快速吸水并迅速膨脹。與對照組（紗布、明膠海綿和商業殼聚糖海綿）相比，具有高吸水性和高比表面積的殼聚糖海綿可以快速吸收血液，并聚集和粘附大量血細胞。此外，使用大鼠肝缺損非壓迫性出血模型、大鼠股動脈損傷模型和新西蘭兔腋靜脈動脈橫斷模型，驗證了殼聚糖海綿的體內止血性能。隨后的肝臟再生實驗進一步證明，它作為組織支架，引導肝組織與血管和膽管原位再生。所有結果表明，該殼聚糖海綿在治療不可壓迫性出血和嚴重致命高壓出血方面有較好的應用前景。

圖2 可膨脹殼聚糖海綿的形狀記憶性

CSF海綿通過在乙醇環境中固定形狀，可以在水中快速恢復形狀。從結構上，壓縮后的海綿具有豐富的毛細結構，高度親水。在接觸水分子時，殼聚糖海綿在水的塑性作用下釋放存儲的應力，僅1.7秒可恢復形狀90%以上。此外，力學測試表明，該海綿還具有良好的彈性和力學強度，在水環境中抗壓強度約為27 kPa，可承受80%的大應變，并完全恢復到水觸發的初始高度.。這些特性有助于其在非壓迫止血傷口部位快速膨脹，填充傷口，并且吸收滲出液，富集血細胞而幫助止血。

圖3 可膨脹殼聚糖海綿的止血性能

大鼠肝缺陷不可壓迫出血模型中應用止血材料后，出血量減少，止血時間縮短一半以上。其中，商用殼聚糖海綿和CSF海綿組的止血時間最短，分別為68 s和58 s（p < 0.01）。CSF海綿組的失血量最低，為0.34 g（p < 0.05）。CSF海綿對動脈出血同樣具有較好的止血作用。股動脈穿刺模型中CSF海綿組的止血時間短于商業殼聚糖組（p <0.05）。CSF海綿由于其形狀記憶特性而迅速膨脹并恢復高彈性，機械強度保持穩定，這有利于急救止血。

圖4 可膨脹殼聚糖海綿的止血機理探究

凝血四項測試表明CSF海綿不依賴經典凝血途徑，而是通過殼聚糖的正電荷促進止血。殼聚糖海綿的大孔特性和快速吸血特性支持血細胞與纖維蛋白原的快速粘附，多孔結構可減少液體阻力并促進血細胞滲入。血小板在CSF冷凍凝膠表面活化后與纖維蛋白纏結并收縮，紅細胞在纖維框架內堆積促進凝血。

上述研究成果以“Fast expandable chitosan-fibers cryogel from ambient drying for noncompressible bleeding control and in situ tissue regeneration”為題在線發表于期刊《Advanced Functional Materials》上。該研究工作由武漢大學完成，武漢大學資源與環境科學學院博士研究生齊魯荷和武漢大學中南醫院穆蘭馨博士研究生為論文共同第一作者，武漢大學資源與環境科學學院施曉文教授和武漢大學中南醫院肝膽疾病研究院鐘自彪副教授、葉啟發教授為論文通訊作者。感謝國家自然科學基金委，湖北省重點研發計劃和武漢大學中南醫院轉化醫學及交叉學科研究聯合基金對該工作的資助。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202212231

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（責任編輯：xu）

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