上海交通大学董常明：可调粘附/微孔/仿生/糖多肽水凝胶，快速止血和高效伤口愈合

文章来源：北科新材浏览次数：6283时间：2021-08-06 QQ学术交流群：1092348845

【摘要】

尽管第一代组织粘合剂和止血剂已在临床上得到应用，但水凝胶的微观结构和止血与伤口愈合之间的相关性尚不清楚，并且难以设计高性能水凝胶以满足全球在伤口闭合、止血和愈合方面日益增长的需求。受细胞外基质的微观结构和贻贝模拟化学的启发，上海交通大学Jiayu Lu/董常明教授团队和制备了两种配位和共价糖多肽水凝胶，它们具有可调节的组织粘附强度（14.6-83.9 kPa）和微孔结构（8-18 µm），并且溶血率< 1.5%。

值得注意的是，微孔大小主要控制止血，与纤维蛋白胶等相比，孔径为 16-18 µm 的水凝胶的止血速度最快，约 14 秒，失血量最低，约 6%。此外，生物相容性和止血都会影响伤口愈合性能，如溶血、细胞毒性、皮下植入以及止血和愈合试验所评估的那样。重要的是，糖多肽水凝胶处理的大鼠皮肤缺损模型在第14天实现了伤口完全闭合并再生了厚厚的真皮和带有一些毛囊的表皮。因此，这项工作不仅建立了一种构建具有可调粘附性和微孔结构的糖多肽水凝胶的通用方法、快速止血和卓越的愈合功能，但也揭示了设计高性能止血和愈合水凝胶的有用原理。相关论文以题为Biomimetic Glycopolypeptide Hydrogels with Tunable Adhesion and Microporous Structure for Fast Hemostasis and Highly Efficient Wound Healing发表在《Advanced Functional Materials》上。
【主图导读】

图1 糖多肽水凝胶的制备和表征。A) 协调和共价糖多肽水凝胶（即 R-Gels 和 V-Gels）的示意图。B) P40G40D20 在不同量的 FeCl₃中的紫外-可见光谱。C)含/不含 FeCl₃ 的 P40G40D20 的拉曼光谱。D) P40G40D20 在 HRP/H2O2 溶液中随时间演变的紫外-可见光谱。

图2 水凝胶的物理化学性质和微观结构。A) PBS 中水凝胶在 37°C 下的流变学和 B) 溶胀特性、C) 孔径和 D) 冻干冷冻凝胶的形态 (比例尺 = 10 µm)。

图3 糖多肽水凝胶的湿组织粘附和可注射性。A) 湿组织粘附测试示意图以及水凝胶和组织之间的界面相互作用。B)水凝胶对猪皮的粘合强度。C) 在扭曲条件下粘附在猪皮肤上的水凝胶的照片。D)通过注射水凝胶写的字母。E) 即使在水闪条件下，水凝胶也能完全填充不规则的星形伤口。

图4 这些糖多肽水凝胶的体外和体内生物相容性。A) 体外血液相容性和 B) 水凝胶的体外细胞相容性, C) 兔活/死细胞双染色荧光图像在水凝胶表面孵育 24 和 48 小时的皮肤成纤维细胞，D）皮下植入后水凝胶的体内组织相容性。

图5 这些糖多肽水凝胶的凝血和止血性能。A)凝血指数 (BCI) 对时间的依赖性，以及 B) 红细胞和 C) 血小板在水凝胶上的附着。D)大鼠肝出血模型的图示，E) 出血情况，F) 相对失血量，和 G) 不同水凝胶处理的大鼠肝出血模型的止血时间。

图6 评估伤口愈合的全层大鼠皮肤缺损模型。A)有代表性的伤口照片，B) 伤口闭合水平，以及 C) 每组时间演变的伤口区域图。

图7 A) 低倍率和高倍率下 H&E 染色的组织学图像（蓝色箭头：肉芽组织，黑色箭头：真皮，绿色箭头：毛囊，红色箭头：炎症细胞，黑色比例尺 = 500 µm，红色比例尺 = 50 µm）。 B) 第 7 天和第 14 天每组中的炎症细胞。C) 显示伤口愈合过程的主要四个阶段的图表。D) 第 7 天肉芽组织的厚度和 E) 第 14 天真皮的厚度。
【总结】

该团队以简单的方式制备了两种配位和共价糖多肽水凝胶，它们具有可调节的组织粘附强度、微孔结构、高吸水性和溶胀性、良好的注射性和不规则形状填充的实用性，以及较低的溶血性。无论采用共价交联方式还是配位交联方式，那些孔径为 16-18 µm 的水凝胶均实现了优异的止血效果，最低失血量约为 6%，表明微孔尺寸是控制体内止血的关键因素。此外，生物相容性和止血都会影响水凝胶的伤口愈合性能，以及在 14 天的全层大鼠皮肤缺损模型上实现的厚真皮和表皮组织以及一些毛囊的完全伤口愈合。值得注意的是，这项工作揭示了微观结构和体内止血与水凝胶体内伤口愈合之间的相关性，为设计基于高性能水凝胶的止血和愈合粘合剂和敷料提供了有用的基本原理。

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