武漢大學(xué)施曉文教授、鐘自彪副教授、葉啟發(fā)教授團(tuán)隊(duì) AFM：環(huán)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
出血控制，特別是不可壓迫傷口止血，是世界范圍內(nèi)軍事傷害和事故創(chuàng)傷所面臨的巨大挑戰(zhàn)；诜惺腝uick 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(chuàng)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(jié)晶性導(dǎo)致純殼聚糖海綿的力學(xué)強(qiáng)度和回彈能力差，開發(fā)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(yīng)用。此外，殼聚糖海綿通常采用冷凍干燥技術(shù)成型，需要專門生產(chǎn)設(shè)備和高能耗，開發(fā)環(huán)境干燥的止血海綿有利于大規(guī)模生產(chǎn)。
圖1 可膨脹殼聚糖海綿的制備
武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院施曉文教授聯(lián)合武漢大學(xué)中南醫(yī)院鐘自彪副教授、葉啟發(fā)教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種可用于不可壓迫出血控制和原位組織再生的環(huán)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(yōu)異的可壓縮性和良好的力學(xué)強(qiáng)度。該海綿的生產(chǎn)無(wú)需依賴?yán)鋬龈稍镌O(shè)備和高溫高壓環(huán)境，具有成本效益和大規(guī)模生產(chǎn)的潛力。將殼聚糖海綿在乙醇環(huán)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(shí)材料的脆性斷裂。該海綿具有高吸水性，通過(guò)毛細(xì)作用快速吸水并迅速膨脹。與對(duì)照組（紗布、明膠海綿和商業(yè)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(xì)胞。此外，使用大鼠肝缺損非壓迫性出血模型、大鼠股動(dòng)脈損傷模型和新西蘭兔腋靜脈動(dòng)脈橫斷模型，驗(yàn)證了殼聚糖海綿的體內(nèi)止血性能。隨后的肝臟再生實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明，它作為組織支架，引導(dǎo)肝組織與血管和膽管原位再生。所有結(jié)果表明，該殼聚糖海綿在治療不可壓迫性出血和嚴(yán)重致命高壓出血方面有較好的應(yīng)用前景。
圖2 可膨脹殼聚糖海綿的形狀記憶性
CSF海綿通過(guò)在乙醇環(huán)境中固定形狀，可以在水中快速恢復(fù)形狀。從結(jié)構(gòu)上，壓縮后的海綿具有豐富的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，高度親水。在接觸水分子時(shí)，殼聚糖海綿在水的塑性作用下釋放存儲(chǔ)的應(yīng)力，僅1.7秒可恢復(fù)形狀90%以上。此外，力學(xué)測(cè)試表明，該海綿還具有良好的彈性和力學(xué)強(qiáng)度，在水環(huán)境中抗壓強(qiáng)度約為27 kPa，可承受80%的大應(yīng)變，并完全恢復(fù)到水觸發(fā)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(xì)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(yīng)用止血材料后，出血量減少，止血時(shí)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(shí)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(duì)動(dòng)脈出血同樣具有較好的止血作用。股動(dòng)脈穿刺模型中CSF海綿組的止血時(shí)間短于商業(yè)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(fù)高彈性，機(jī)械強(qiáng)度保持穩(wěn)定，這有利于急救止血。
圖4 可膨脹殼聚糖海綿的止血機(jī)理探究
凝血四項(xiàng)測(cè)試表明CSF海綿不依賴經(jīng)典凝血途徑，而是通過(guò)殼聚糖的正電荷促進(jìn)止血。殼聚糖海綿的大孔特性和快速吸血特性支持血細(xì)胞與纖維蛋白原的快速粘附，多孔結(jié)構(gòu)可減少液體阻力并促進(jìn)血細(xì)胞滲入。血小板在CSF冷凍凝膠表面活化后與纖維蛋白纏結(jié)并收縮，紅細(xì)胞在纖維框架內(nèi)堆積促進(jìn)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(fā)表于期刊《Advanced Functional Materials》上。該研究工作由武漢大學(xué)完成，武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院博士研究生齊魯荷和武漢大學(xué)中南醫(yī)院穆蘭馨博士研究生為論文共同第一作者，武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院施曉文教授和武漢大學(xué)中南醫(yī)院肝膽疾病研究院鐘自彪副教授、葉啟發(fā)教授為論文通訊作者。感謝國(guó)家自然科學(xué)基金委，湖北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和武漢大學(xué)中南醫(yī)院轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)及交叉學(xué)科研究聯(lián)合基金對(duì)該工作的資助。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202212231
