陆军军医大学罗高兴团队开发新的材料,更好更快的进行止血

shaolyn 07月17日

生物粘合剂可减少手术时间和手术并发症。然而,在有血液的情况下,粘附强度通常会受到影响。 

2021年7月14日,陆军军医大学罗高兴,Zhan Rixing及加拿大曼尼托巴大学Malcolm Xing共同通讯在Science Advances 在线发表题为“Snake extract–laden hemostatic bioadhesive gel cross-linked by visible light”的研究论文,该研究受蛇毒凝血活性的启发,报告了一种可见光诱导的抗血止血粘合剂 (HAD),其中含有明胶甲基丙烯酰和reptilase(蛇毒凝血酶),这是一种从 Bothrops atrox 中提取的血凝酶 (HC)。HAD 导致血小板的活化和聚集,并有效地将纤维蛋白原转化为纤维蛋白,从而实现快速止血和封闭组织。 

HAD 的凝血时间约为 45 秒,而没有 HAD 的凝血时间为 5 至 6 分钟。HAD 在肝脏切口 (~45 秒) 和切鼠尾 (~34 秒) 上瞬间实现止血,并分别减少了 79% 和 78% 的失血量。HAD 在密封严重受损的肝脏和腹主动脉方面也很有效。HAD 具有通过结合止血和粘合剂来桥接受伤组织的巨大潜力。

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人们对用于组织修复和密封的生物粘合剂产生了相当大的兴趣。与缝合线相比,组织粘合剂减少了手术时间并减轻了手术并发症。生物粘合剂可分为两类:(i) 合成粘合剂,如氰基丙烯酸酯和聚乙二醇基粘合剂;(ii) 基于纤维蛋白、多糖、白蛋白和明胶的天然衍生粘合剂。合成粘合剂可以优化为所需的特性,但存在对其生物相容性和毒性的担忧。例如,氰基丙烯酸酯一旦被水引发,将进行快速聚合,与组织表面形成粘合网络,从而实现快速而牢固的粘合界面。然而,潜在的毒性限制了它们的使用,因为氰基丙烯酸酯的降解会释放组织毒性成分(氰乙酸酯和甲醛)并引起炎症反应 。

天然生物粘合剂具有优异的生物相容性,但它们的机械完整性和粘附力通常较低。纤维蛋白胶由混合人血浆生产的多种成分制备而成,具有支持细胞生长和生物相容性等优异特性,但其机械强度差仍然是一个限制因素。通常,粘合剂和组织之间的生物粘附是通过化学键(共价键和离子键)或物理相互作用(包括氢键、疏水相互作用、金属络合和 π-π 堆积)实现的。仿生粘合剂结构也是通过模拟蜥蜴、甲虫、体内寄生虫、章鱼等动物来设计的。

尽管在改进生物粘合剂方面取得了进展,但出血期间组织界面处的粘合失败是有害的,因为出血会削弱与相邻组织的粘合相互作用。由于损伤、外伤和外科手术导致的出血是导致发病率和死亡率的主要问题。可压缩性出血发生在四肢等可触及的部位,在那里可以施加物理压力或压力来缓解严重的出血情况。一般来说,快速止血可以避免可压缩性出血导致的死亡。然而,在需要手术干预止血的无法接近的部位发现了不可压缩的出血。非压迫性出血是战场上和平民外伤的主要死因。因此,伤口闭合和止血成为关键的生物粘附设计目标,以避免血液渗漏以保持粘附强度并挽救生命。

在自然止血过程中,血小板聚集和纤维蛋白网形成临时密封剂以控制出血 。纤维蛋白在止血和伤口愈合中起着重要作用,因为活化的血小板可以通过纤维蛋白纤维产生收缩力以收缩凝块。据报道,Bothrops atrox 蛇的毒液通过将纤维蛋白原快速转化为纤维蛋白而具有血液促凝活性。这种促凝血酶,称为爬虫酶(reptilase),在 Arg16-Gly17 处裂解纤维蛋白原,释放纤维蛋白肽 A 并生成纤维蛋白。

明胶是具有低免疫原性的胶原蛋白衍生物,可以修饰为具有侧基官能团,例如甲基丙烯酸酯 [明胶甲基丙烯酰(明胶-MA,以下简称 GelMA)]。最近,光致交联粘合剂因其可控的凝胶时间和可调的物理特性而引起了极大的兴趣 。尽管紫外线 (UV) 光可交联的组织密封剂已被广泛报道用于修复伤口 ,但原位紫外线交联可能会对组织造成氧化性 DNA 损伤。此外,可见光可以以较低的能量更深地穿透组织。例如,美国食品和药物管理局批准的可见光光敏剂 Eosin Y 已被证明是用于生物医学应用的安全光交联系统。然而,由于其止血性能相对较低,GelMA 在严重出血病例中存在局限性,从而削弱了粘附功效 。

为了解决组织粘附失败的问题,该研究受到蛇毒凝固功能的启发,提出了一种由血凝酶(HC,与爬虫酶相同)和 GelMA 组成的止血生物粘附剂 (HAD)。HAD 在出血组织中的可见光(430 至 530 nm)光交联可形成物理屏障并加速纤维蛋白形成以止血。 HAD 导致血小板的活化和聚集,并有效地将纤维蛋白原转化为纤维蛋白,从而实现快速止血和封闭组织。 

HAD 的凝血时间约为 45 秒,而没有 HAD 的凝血时间为 5 至 6 分钟。HAD 在肝脏切口 (~45 秒) 和切鼠尾 (~34 秒) 上瞬间实现止血,并分别减少了 79% 和 78% 的失血量。HAD 在密封严重受损的肝脏和腹主动脉方面也很有效。 HAD 具有通过结合止血和粘合剂来桥接受伤组织的巨大潜力。

来源: iNature

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生物 粘合剂 组织

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