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【摘要】

盡管第一代組織粘合劑和止血劑已在臨床上得到應(yīng)用，但水凝膠的微觀結(jié)構(gòu)和止血與傷口愈合之間的相關(guān)性尚不清楚，并且難以設(shè)計高性能水凝膠以滿足全球在傷口閉合、止血和愈合方面日益增長的需求。受細(xì)胞外基質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和貽貝模擬化學(xué)的啟發(fā)，上海交通大學(xué)Jiayu Lu/董常明教授團(tuán)隊和制備了兩種配位和共價糖多肽水凝膠，它們具有可調(diào)節(jié)的組織粘附強(qiáng)度（14.6-83.9 kPa）和微孔結(jié)構(gòu)（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，與纖維蛋白膠等相比，孔徑為 16-18 μm 的水凝膠的止血速度最快，約 14 秒，失血量最低，約 6%。此外，生物相容性和止血都會影響傷口愈合性能，如溶血、細(xì)胞毒性、皮下植入以及止血和愈合試驗所評估的那樣。重要的是，糖多肽水凝膠處理的大鼠皮膚缺損模型在第14天實現(xiàn)了傷口完全閉合并再生了厚厚的真皮和帶有一些毛囊的表皮。因此，這項工作不僅建立了一種構(gòu)建具有可調(diào)粘附性和微孔結(jié)構(gòu)的糖多肽水凝膠的通用方法、快速止血和卓越的愈合功能，但也揭示了設(shè)計高性能止血和愈合水凝膠的有用原理。相關(guān)論文以題為Biomimetic Glycopolypeptide Hydrogels with Tunable Adhesion and Microporous Structure for Fast Hemostasis and Highly Efficient Wound Healing發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。
【主圖導(dǎo)讀】

圖1 糖多肽水凝膠的制備和表征。A) 協(xié)調(diào)和共價糖多肽水凝膠（即 R-Gels 和 V-Gels）的示意圖。B) P40G40D20 在不同量的 FeCl₃中的紫外-可見光譜。C)含/不含 FeCl₃ 的 P40G40D20 的拉曼光譜。D) P40G40D20 在 HRP/H2O2 溶液中隨時間演變的紫外-可見光譜。

圖2 水凝膠的物理化學(xué)性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)。A) PBS 中水凝膠在 37°C 下的流變學(xué)和 B) 溶脹特性、C) 孔徑和 D) 凍干冷凍凝膠的形態(tài) (比例尺 = 10 μm)。

圖3 糖多肽水凝膠的濕組織粘附和可注射性。A) 濕組織粘附測試示意圖以及水凝膠和組織之間的界面相互作用。B)水凝膠對豬皮的粘合強(qiáng)度。C) 在扭曲條件下粘附在豬皮膚上的水凝膠的照片。D)通過注射水凝膠寫的字母。E) 即使在水閃條件下，水凝膠也能完全填充不規(guī)則的星形傷口。

圖4 這些糖多肽水凝膠的體外和體內(nèi)生物相容性。A) 體外血液相容性和 B) 水凝膠的體外細(xì)胞相容性, C) 兔活/死細(xì)胞雙染色熒光圖像 在水凝膠表面孵育 24 和 48 小時的皮膚成纖維細(xì)胞，D）皮下植入后水凝膠的體內(nèi)組織相容性。

圖5 這些糖多肽水凝膠的凝血和止血性能。A)凝血指數(shù) (BCI) 對時間的依賴性，以及 B) 紅細(xì)胞和 C) 血小板在水凝膠上的附著。D)大鼠肝出血模型的圖示，E) 出血情況，F(xiàn)) 相對失血量，和 G) 不同水凝膠處理的大鼠肝出血模型的止血時間。

圖6 評估傷口愈合的全層大鼠皮膚缺損模型。A)有代表性的傷口照片，B) 傷口閉合水平，以及 C) 每組時間演變的傷口區(qū)域圖。

圖7 A) 低倍率和高倍率下 H&E 染色的組織學(xué)圖像（藍(lán)色箭頭：肉芽組織，黑色箭頭：真皮，綠色箭頭：毛囊，紅色箭頭：炎癥細(xì)胞，黑色比例尺 = 500 μm，紅色比例尺 = 50 μm）。 B) 第 7 天和第 14 天每組中的炎癥細(xì)胞。C) 顯示傷口愈合過程的主要四個階段的圖表。D) 第 7 天肉芽組織的厚度和 E) 第 14 天真皮的厚度。
【總結(jié)】

該團(tuán)隊以簡單的方式制備了兩種配位和共價糖多肽水凝膠，它們具有可調(diào)節(jié)的組織粘附強(qiáng)度、微孔結(jié)構(gòu)、高吸水性和溶脹性、良好的注射性和不規(guī)則形狀填充的實用性，以及較低的溶血性。無論采用共價交聯(lián)方式還是配位交聯(lián)方式，那些孔徑為 16-18 μm 的水凝膠均實現(xiàn)了優(yōu)異的止血效果，最低失血量約為 6%，表明微孔尺寸是控制體內(nèi)止血的關(guān)鍵因素。此外，生物相容性和止血都會影響水凝膠的傷口愈合性能，以及在 14 天的全層大鼠皮膚缺損模型上實現(xiàn)的厚真皮和表皮組織以及一些毛囊的完全傷口愈合。值得注意的是，這項工作揭示了微觀結(jié)構(gòu)和體內(nèi)止血與水凝膠體內(nèi)傷口愈合之間的相關(guān)性，為設(shè)計基于高性能水凝膠的止血和愈合粘合劑和敷料提供了有用的基本原理。

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