止血粉广泛用于临床和紧急情况，但通常表现出低湿粘附、细胞毒性问题，并且不适用于致命的不可压缩出血。南方科技大学吴德成/张冲&301医院张里程合作开发了一种新型的可凝胶粘性粉末(GAP)，它集成了壳聚糖微球(CM)，四臂聚乙二醇胺(Tetra-PEG-NH2)和四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺琥珀酸酯(Tetra-PEG-SS)。在应用于伤口部位时，大孔CM可以快速吸收界面液体，同时，水合的GAP变成水凝胶通过共价键对湿组织具有稳定而牢固的粘附。体外和体内结果表明，优化配方的GAP具有很强的组织粘附力、高爆破压力和增强的血液凝固能力，以及出色的生物相容性和按需去除性能。与CM、商业纤维蛋白胶和云南白药(YB)相比，大鼠肝脏、脾脏和股动脉损伤模型的止血效果显著提高。GAP还可以阻止猪内脏器官的严重出血。总体而言，所提出的GAP具有生物相容性好、止血快速有效、成本低、使用方便等诸多优点，是致命性不可压缩止血药的一种有前途的止血剂。该研究以题为“Gelable and Adhesive Powder for Lethal Non-Compressible Hemorrhage Control”的论文发表在《Advanced Functional Materials》上。
该研究描述了一种用于致命不可压缩出血控制的新型可凝胶粘性粉末(GAP)。为了实现快速有效的止血，GAP集成了三种不同的成分，包括壳聚糖微球(CM)，四臂聚乙二醇胺(Tetra-PEG-NH2)和四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺琥珀酸脂(Tetra-PEG-SS)。CM的大孔结构能够快速去除界面液体，这对于在潮湿环境中实现即时和强大的湿粘附至关重要。带正电荷的壳聚糖在促进血液凝固方面也很活跃。设计的GAP能够在原位凝胶化的同时快速吸收血液并促进血液凝固，形成强粘性水凝胶以密封出血损伤，从而协同解决上述局限性。通过体外细胞毒性和体内大鼠皮下植入试验研究了GAP的生物相容性。与CM，商业纤维蛋白胶和云南白药(YB)相比，该凝胶在大鼠肝脏，脾脏和股动脉损伤模型中显着改善了血细胞/血小板粘附，凝血能力和止血效果。此外，GAP衍生的粘合剂水凝胶也可以根据需要从组织表面安全地去除。
方案1. 可凝胶粘性粉末(GAP)的设计和机理
【GAP的制备和凝胶化能力】
CM液体吸收能力的提高主要归因于孔隙率的提高。由于较高的孔隙率和液体吸收能力导致界面流体的快速去除粘附，因此本研究选择了由1.5wt%壳聚糖浓度制成的CM。Tetra-PEG组分在GAP凝胶化中起着关键作用，并且在较高的Tetra-PEG含量下凝胶化能力得到增强。因此，水合时GAP衍生水凝胶的形成可归因于Tetra-PEG-SS的NHS酯与Tetra-PEG-NH2的伯胺基团之间的高效交联反应。
图1. CM和GAP的物理特征
【胶粘性能】
扭转试验首先用于评估GAP沉积在不同湿猪组织(皮肤，血管，脾脏和心脏)上的粘合性能。GAP-3衍生的水凝胶在水化30 s后可以承受各种外力引起的变形，如扭曲，弯曲，刮擦和水冲洗而不剥落，揭示了稳定而坚固的水凝胶-组织粘合界面的形成。使用自制装置进一步测试爆破压力，以评估工程粉末的粘合剂和密封能力。在测试粉末中，GAP-3的爆破压力比纤维蛋白胶高≈8.63倍，并且该值也明显大于正常收缩压(≈120 mmHg)，支持形成牢固的粘附和密封，这对于加压动脉出血的情况尤其必要。
将GAPs应用于湿组织后，CM的脱水性质和多孔结构能够快速有效地吸收界面水，然后通过Tetra-PEG-SS与Tetra-PEG-NH2/CM的共价交联触发原位自凝胶。同时，界面水的去除使得通过末端NHS酯和下层组织上的胺/硫醇基团之间的反应形成稳定的共价键。最终，GAP转化为具有坚固粘附界面的粘性水凝胶，有利于保持伤口密封，保持水分环境，最大限度地减少潜在的组织损伤，促进伤口愈合等。
图2. GAP在湿生物组织上的粘附性能
【可触发移除属性】
在碱性药物半胱胺(CA)存在下，Tetra-PEG水凝胶通过琥珀酰酯键断裂显示出加速溶解。使用蘸有半胱胺溶液的棉签轻轻擦拭猪皮肤上GAP诱导的粘合剂层，PBS作为对照。用PBS浸泡的拭子擦拭10分钟后，大量水凝胶残留并紧密粘附在组织上。用CA处理的粘合剂水凝胶在5分钟内显示出明显的崩解，并且在10分钟内几乎完全去除，没有组织损伤的迹象，这表明作为可拆卸伤口密封剂的临床应用前景广阔。
图3. GAP的粘附机理和按需去除性能
【体外凝血能力】
GAP的体外凝血能力首先通过检查与全血共孵育后的凝血时间来评估。发现GAP具有卓越而有效的凝血能力。进一步进行了红细胞和血小板粘附测定，以更好地了解血液凝固机制。结果表明，CM的多孔结构还可以促进全血和浓缩血细胞的快速吸收。更重要的是，GAP与血液接触时的凝胶化能够通过物理截留和Tetra-PEG-SS与细胞表面之间的化学相互作用来富集血细胞。因此，GAP-3出色的促凝血能力可归因于CS促凝血活性的协同作用，快速而强的血液吸收及其自凝胶能力。
图4. GAP的体外凝血特性
【生物相容性和降解性】
止血材料的生物相容性是其未来临床应用的关键前提。首先进行了溶血活性测定，发现了它们作为血液接触材料的优良血液相容性。然后，通过CCK-8和活/死染色测定评估体外细胞相容性。GAP组显示出与对照组相当的细胞活力和形态。结果表明，该工程复合粉末具有出色的细胞相容性。此外，其还具有良好的体外降解能力。
图5. GAP的体外和体内生物相容性
【体内止血性能】
肝脏和脾脏是高度易碎的器官，被认为是腹部创伤后最常受伤的内脏器官。该工程胶粉在体内的止血密封性能首先在大鼠不可压缩肝脾出血模型中进行了评估。简而言之，GAP-3的失血量和止血时间平均减少了92%和80%，明显高于CM组和YB组的30-35%和45-50%。
使用大鼠股动脉出血模型进一步挑战粘合剂粉末的止血能力。动脉血管被横断以诱导出血。将纱布应用于伤口腔后，未能阻止动脉出血，而GAP-3可以迅速吸收血液并在3 min内形成坚固的密封层以止血，并且在30 min的观察期内未发生继发性出血。
图6. GAP在大鼠模型中的体内止血功效
为了进一步评价体内止血功效并证明该工程粉剂的潜在应用，在猪内脏器官出血模型中进行了临床前功能评估。将GAP(≈2g)以温和的压力沉积到伤口上后，初始大量出血可以在3分钟内得到控制。由此产生的水凝胶和血凝块复合物保持稳定，在水冲洗和手动摇晃肝脏和脾脏后没有发生第二次出血。验证了该粘合粉可以为致命且不可压缩的猪内脏损伤提供坚固的粘合剂和高效的止血密封，显示出很高的实际应用潜力。
图7. GAP在猪模型中的体内止血功效
【小结】
该研究描述了一种通过整合大孔CM和Tetra-PEG基成分(Tetra-PEG-NH2/Tetra-PEG-SS)用于治疗致死性不可压缩出血。所得GAP能够快速吸收界面液并促进血液凝固，同时自发原位形成强组织粘附水凝胶，协同实现高效止血。结果表明，优化配方的GAP-3具有较强的组织粘附强度、高爆破压力和增强的凝血性能，并且在体外和体内测试中均具有优异的生物相容性。在不可压缩的大鼠肝、脾和股动脉损伤模型中，GAP-3 的止血效果优于 CM、商业纤维蛋白胶和 YB。更重要的是，GAP-3可以阻止猪内脏器官的严重出血。此外，GAP也可以根据需要安全地移除，而不会造成损坏。总体而言，全面的体外和体内数据支持工程GAP作为紧急应用的止血剂具有很高的潜力。
然而，该研究研究在未来的工作中仍有很大的改进空间。例如，当与可注射的水凝胶或自膨胀多孔材料相比，GAP可能难以进入诸如枪伤或刀伤的深部出血部位以促进止血。GAP的止血效果应使用更多致死性出血的创伤模型进一步验证。在临床实践之前，需要额外的长期体内实验来全面检查GAP的降解，生物毒性和伤口愈合特性。未来的工作还将集中在更深入地了解原位凝胶和粘附机制，以指导高效止血材料的开发。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202305222
来源：BioMed科技
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