止血粉廣泛用于臨床和緊急情況，但通常表現出低濕粘附、細胞毒性問題，并且不适用于緻命的不可壓縮出血。南方科技大學吳德成/張沖&301醫院張裡程合作開發了一種新型的可凝膠粘性粉末(GAP)，它內建了殼聚糖微球(CM)，四臂聚乙二醇胺(Tetra-PEG-NH2)和四臂聚乙二醇琥珀酰亞胺琥珀酸酯(Tetra-PEG-SS)。在應用于傷口部位時，大孔CM可以快速吸收界面液體，同時，水合的GAP變成水凝膠通過共價鍵對濕組織具有穩定而牢固的粘附。體外和體内結果表明，優化配方的GAP具有很強的組織粘附力、高爆破壓力和增強的血液凝固能力，以及出色的生物相容性和按需去除性能。與CM、商業纖維蛋白膠和雲南白藥(YB)相比，大鼠肝髒、脾髒和股動脈損傷模型的止血效果顯著提高。GAP還可以阻止豬内髒器官的嚴重出血。總體而言，所提出的GAP具有生物相容性好、止血快速有效、成本低、使用友善等諸多優點，是緻命性不可壓縮止血藥的一種有前途的止血劑。該研究以題為“Gelable and Adhesive Powder for Lethal Non-Compressible Hemorrhage Control”的論文發表在《Advanced Functional Materials》上。
該研究描述了一種用于緻命不可壓縮出血控制的新型可凝膠粘性粉末(GAP)。為了實作快速有效的止血，GAP內建了三種不同的成分，包括殼聚糖微球(CM)，四臂聚乙二醇胺(Tetra-PEG-NH2)和四臂聚乙二醇琥珀酰亞胺琥珀酸脂(Tetra-PEG-SS)。CM的大孔結構能夠快速去除界面液體，這對于在潮濕環境中實作即時和強大的濕粘附至關重要。帶正電荷的殼聚糖在促進血液凝固方面也很活躍。設計的GAP能夠在原位凝膠化的同時快速吸收血液并促進血液凝固，形成強粘性水凝膠以密封出血損傷，進而協同解決上述局限性。通過體外細胞毒性和體内大鼠皮下植入試驗研究了GAP的生物相容性。與CM，商業纖維蛋白膠和雲南白藥(YB)相比，該凝膠在大鼠肝髒，脾髒和股動脈損傷模型中顯着改善了血細胞/血小闆粘附，凝血能力和止血效果。此外，GAP衍生的粘合劑水凝膠也可以根據需要從組織表面安全地去除。
方案1. 可凝膠粘性粉末(GAP)的設計和機理
【GAP的制備和凝膠化能力】
CM液體吸收能力的提高主要歸因于孔隙率的提高。由于較高的孔隙率和液體吸收能力導緻界面流體的快速去除粘附，是以本研究選擇了由1.5wt%殼聚糖濃度制成的CM。Tetra-PEG組分在GAP凝膠化中起着關鍵作用，并且在較高的Tetra-PEG含量下凝膠化能力得到增強。是以，水合時GAP衍生水凝膠的形成可歸因于Tetra-PEG-SS的NHS酯與Tetra-PEG-NH2的伯胺基團之間的高效交聯反應。
圖1. CM和GAP的實體特征
【膠粘性能】
扭轉試驗首先用于評估GAP沉積在不同濕豬組織(皮膚，血管，脾髒和心髒)上的粘合性能。GAP-3衍生的水凝膠在水化30 s後可以承受各種外力引起的變形，如扭曲，彎曲，刮擦和水沖洗而不剝落，揭示了穩定而堅固的水凝膠-組織粘合界面的形成。使用自制裝置進一步測試爆破壓力，以評估工程粉末的粘合劑和密封能力。在測試粉末中，GAP-3的爆破壓力比纖維蛋白膠高≈8.63倍，并且該值也明顯大于正常收縮壓(≈120 mmHg)，支援形成牢固的粘附和密封，這對于加壓動脈出血的情況尤其必要。
将GAPs應用于濕組織後，CM的脫水性質和多孔結構能夠快速有效地吸收界面水，然後通過Tetra-PEG-SS與Tetra-PEG-NH2/CM的共價交聯觸發原位自凝膠。同時，界面水的去除使得通過末端NHS酯和下層組織上的胺/硫醇基團之間的反應形成穩定的共價鍵。最終，GAP轉化為具有堅固粘附界面的粘性水凝膠，有利于保持傷口密封，保持水分環境，最大限度地減少潛在的組織損傷，促進傷口愈合等。
圖2. GAP在濕生物組織上的粘附性能
【可觸發移除屬性】
在堿性藥物半胱胺(CA)存在下，Tetra-PEG水凝膠通過琥珀酰酯鍵斷裂顯示出加速溶解。使用蘸有半胱胺溶液的棉簽輕輕擦拭豬皮膚上GAP誘導的粘合劑層，PBS作為對照。用PBS浸泡的拭子擦拭10分鐘後，大量水凝膠殘留并緊密粘附在組織上。用CA處理的粘合劑水凝膠在5分鐘内顯示出明顯的崩解，并且在10分鐘内幾乎完全去除，沒有組織損傷的迹象，這表明作為可拆卸傷口密封劑的臨床應用前景廣闊。
圖3. GAP的粘附機理和按需去除性能
【體外凝血能力】
GAP的體外凝血能力首先通過檢查與全血共孵育後的凝血時間來評估。發現GAP具有卓越而有效的凝血能力。進一步進行了紅細胞和血小闆粘附測定，以更好地了解血液凝固機制。結果表明，CM的多孔結構還可以促進全血和濃縮血細胞的快速吸收。更重要的是，GAP與血液接觸時的凝膠化能夠通過實體截留和Tetra-PEG-SS與細胞表面之間的化學互相作用來富集血細胞。是以，GAP-3出色的促凝血能力可歸因于CS促凝血活性的協同作用，快速而強的血液吸收及其自凝膠能力。
圖4. GAP的體外凝血特性
【生物相容性和降解性】
止血材料的生物相容性是其未來臨床應用的關鍵前提。首先進行了溶血活性測定，發現了它們作為血液接觸材料的優良血液相容性。然後，通過CCK-8和活/死染色測定評估體外細胞相容性。GAP組顯示出與對照組相當的細胞活力和形态。結果表明，該工程複合粉末具有出色的細胞相容性。此外，其還具有良好的體外降解能力。
圖5. GAP的體外和體内生物相容性
【體内止血性能】
肝髒和脾髒是高度易碎的器官，被認為是腹部創傷後最常受傷的内髒器官。該工程膠粉在體内的止血密封性能首先在大鼠不可壓縮肝脾出血模型中進行了評估。簡而言之，GAP-3的失血量和止血時間平均減少了92%和80%，明顯高于CM組和YB組的30-35%和45-50%。
使用大鼠股動脈出血模型進一步挑戰粘合劑粉末的止血能力。動脈血管被橫斷以誘導出血。将紗布應用于傷口腔後，未能阻止動脈出血，而GAP-3可以迅速吸收血液并在3 min内形成堅固的密封層以止血，并且在30 min的觀察期内未發生繼發性出血。
圖6. GAP在大鼠模型中的體内止血功效
為了進一步評價體内止血功效并證明該工程粉劑的潛在應用，在豬内髒器官出血模型中進行了臨床前功能評估。将GAP(≈2g)以溫和的壓力沉積到傷口上後，初始大量出血可以在3分鐘内得到控制。由此産生的水凝膠和血凝塊複合物保持穩定，在水沖洗和手動搖晃肝髒和脾髒後沒有發生第二次出血。驗證了該粘合粉可以為緻命且不可壓縮的豬内髒損傷提供堅固的粘合劑和高效的止血密封，顯示出很高的實際應用潛力。
圖7. GAP在豬模型中的體内止血功效
【小結】
該研究描述了一種通過整合大孔CM和Tetra-PEG基成分(Tetra-PEG-NH2/Tetra-PEG-SS)用于治療緻死性不可壓縮出血。所得GAP能夠快速吸收界面液并促進血液凝固，同時自發原位形成強組織粘附水凝膠，協同實作高效止血。結果表明，優化配方的GAP-3具有較強的組織粘附強度、高爆破壓力和增強的凝血性能，并且在體外和體内測試中均具有優異的生物相容性。在不可壓縮的大鼠肝、脾和股動脈損傷模型中，GAP-3 的止血效果優于 CM、商業纖維蛋白膠和 YB。更重要的是，GAP-3可以阻止豬内髒器官的嚴重出血。此外，GAP也可以根據需要安全地移除，而不會造成損壞。總體而言，全面的體外和體内資料支援工程GAP作為緊急應用的止血劑具有很高的潛力。
然而，該研究研究在未來的工作中仍有很大的改進空間。例如，當與可注射的水凝膠或自膨脹多孔材料相比，GAP可能難以進入諸如槍傷或刀傷的深部出血部位以促進止血。GAP的止血效果應使用更多緻死性出血的創傷模型進一步驗證。在臨床實踐之前，需要額外的長期體内實驗來全面檢查GAP的降解，生物毒性和傷口愈合特性。未來的工作還将集中在更深入地了解原位凝膠和粘附機制，以指導高效止血材料的開發。
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https://doi.org/10.1002/adfm.202305222