丝素蛋白基止血粉末具有即时且强大的粘附性能，可无缝缝合胃肠道缺损

摘要

粉末止血技术为不规则形状和不可压缩性伤口的外科密封和修复提供了前所未有的机会。尽管常规使用，但现有的临床止血粉末面临着机械性能差或生物环境中对出血组织粘附不足的挑战。在这里，受贻贝足蛋白融合组装策略的启发，开发了一种新型丝素蛋白基止血粉(命名为SF/PEG/TA)，具有即时和强大的粘附性能。在吸收界面液体后，SF/PEG/TA粉末迅速膨胀成微凝胶，随后相互接触，原位转化为宏观均匀的水凝胶，加强了其与流体环境中各种基质的界面结合。体外和体内实验结果表明，SF/PEG/TA粉末具有使用方便、生物相容性好、抗菌活性强、凝血能力强等特点。SF/PEG/TA粉末在大鼠肝脏、心脏和胃肠道损伤模型中显示出优越的止血密封能力。此外，大鼠皮肤切口和胃肠道穿孔模型的体内研究证实了SF/PEG/TA粉末促进伤口愈合和组织再生。综上所述，与临床已有的止血粉剂相比，所提出的SF/PEG/TA粉剂具有优越的伤口处理能力，在临床止血和急救方面具有很大的潜力。

一、SF/PEG/TA粉体的制备与表征

首先混合等体积的SF水溶液和PEG水溶液，以增强分子缠结和界面亲水性。然后加入30 wt%的TA水溶液来诱导SF的结构转变，得到SF/PEG/TA络合物。然后，对相应的干燥配合物进行低温研磨，得到SF/PEG/TA粉体。如图1B所示，SF/PEG/TA粉末加水，可制备各种自凝形状的水凝胶，如F型、Z型、U型和五角形水凝胶，这表明SF/PEG/TA粉体具有良好的可加工性和适应性，适合各种不规则形状的出血伤口。值得注意的是，即使暴露于湿界面，SF/PEG/TA粉末仍然保持快速自熔特性。同时利用共聚焦显微镜观察了SF/PEG/TA粉末的自融合组装过程。最后通过FTIR表征显示SF/PEG/TA粉体表现出稳定的β折叠结构。

图1 SF/PEG/TA粉体的制备与表征

二、SF/PEG/TA粉体的湿式粘附性能

研究表明，SF/PEG/TA粉末由于不同组分之间的多重可逆动态相互作用，可以瞬间组装成散装水凝胶（图2A）；亲水性PEG组分的存在显著提高了SF/PEG/TA粉体的表面润湿性和吸水性（图2B）；只有SF/PEG/TA基团形成宏观上均匀的凝胶，可以拉伸，对底物具有极强的粘附力（图2C）；在膨胀和潮湿条件下，具有优异自熔能力的SF/PEG/TA粉体具有明显高于SF/TA和Celox粉体的内聚和粘接能力，在流体环境下增强了与基体表面的界面结合（图2D）；SEM结果显示SF/TA和Celox基团具有松散的网络结构，这与上述自融合驱动的湿式粘附表征结果一致（图2E）。

图2 SF/PEG/TA粉体的湿粘接性能

三、SF/PEG/TA粉体的体外组织粘附性能

研究表明, SF/PEG/TA粉体可在3.5 s内直接与湿组织形成快速而坚韧的粘附（图3A）；SF/PEG/TA粉末衍生的水凝胶对猪皮组织具有很强的附着力，能够承受猪皮的过度弯曲和扭曲；SF/PEG/TA粉末也能在原位形成致密的水凝胶，即使在动态流体环境中，也能在机械挑战下牢固地粘附在组织表面而不脱落；最后再次印证了SF/PEG/TA粉末的有效伤口密封性能。

图3 SF/PEG/TA粉体对湿性生物组织的粘附性能

四、SF/PEG/TA粉体的生物相容性及抗菌活性

研究表明，SF/PEG/TA粉体具有良好的血液相容性和细胞相容性；SF/PEG/TA粉末具有较强的抗菌活性，可有效预防各种细菌对组织的感染。此外，SF/PEG/TA粉末衍生的水凝胶还具有较低的溶胀行为。

图4 SF/PEG/TA粉体的生物相容性及抗菌活性

五、SF/PEG/TA粉末的体内止血密封性能

研究表明，SF/PEG/TA粉具有促进凝血和血栓形成的作用；SF/PEG/TA粉末与Celox粉末相比，明显减少了出血肝脏的止血时间和出血量，适用于快速止血，特别是在大出血情况下；SF/ PEG/TA粉末具有快速有效的体内止血密封能力，是不规则形状和不可压缩性出血的理想止血粉末。

图5 SF/PEG/TA粉末的体外凝血和体内止血密封性能

六、SF/PEG/TA粉末的体内皮肤切口封闭能力

研究表明，苏木精-伊红(H&E)染色和马松三色染色显示SF/PEG/TA组胶原沉积和恢复更多，表明皮肤切口的结构修复和功能恢复程度更高；CD31的免疫组织化学染色显示，SF/PEG/TA组CD31阳性血管数量明显高于其他组；最终结果表明，SF/PEG/TA粉体具有较强的湿组织粘附性和快速止血密封能力，能有效促进皮肤创面愈合。

图6 SF/PEG/TA粉末的体内皮肤切口封闭能力

七、SF/PEG/TA粉体的体内胃肠损伤封闭能力

研究表明，SF/PEG/TA粉体在体内可有效实现严重胃肠道损伤的快速封闭和愈合；SF/PEG/TA组结肠穿孔部位基本愈合，穿孔部位表面光滑，无任何溃疡；Masson染色结果显示，在穿孔部位观察到更多的胶原网络，表明更高的伤口愈合效率；增殖细胞核抗原的免疫组化染色显示，SF/PEG/TA粉的使用促进了穿孔部位细胞的增殖和再上皮化；CD31免疫组化染色显示SF/PEG/TA组的血管密度明显更高，这在组织再生过程中诱导穿孔部位的内源性血管生成；综上所述，SF/PEG/TA粉体在体内可有效实现严重胃肠道损伤的快速封闭和愈合。

图7 SF/PEG/TA粉体的体内胃肠损伤封闭能力

结论

本文报道了一种新型生物启发的SF/PEG/TA止血粉，该止血粉结合了贻贝启发的融合组装机制，用于治疗大量组织出血。PEG的存在显著提高了SF/PEG/TA粉体的界面亲水性和吸水性。水化后，SF/PEG/TA粉体吸附界面流体膨胀成微凝胶，随后原位转化为宏观均匀的水凝胶。这种快速自融合组装策略赋予SF/PEG/TA粉末在流体环境中具有强大的湿粘附性能和与基底紧密的界面结合。体外将SF/PEG/TA粉末涂抹在各种损伤组织表面，组织粘连性强，切口即刻闭合。此外，SF/PEG/TA粉体具有良好的生物相容性、较强的抗菌活性和增强的凝血能力。多种体内大鼠出血模型证实，SF/PEG/TA粉作为止血粉，可以实现不规则形状和不可压缩出血组织快速有效的体内止血。此外，大鼠体内皮肤切口和胃肠道穿孔模型表明，SF/PEG/TA粉末可以成功地密封受伤的湿组织，促进伤口愈合。总的来说，我们的SF/PEG/TA粉末在不规则形状和不可压缩伤口的密封和修复方面优于现有的临床止血粉末。这些研究结果表明，在未来的工作中，它有很大的潜力作为一种有前途的止血粉用于各种医学应用。

原文链接：

https://doi.org/10.1039/d4tb00554f