摘要：在创伤性大出血救治中，时间与止血效率是生死的关键博弈。据世界卫生组织统计，全球每年约190万人死于致死性出血，其中超过30%的死亡源于传统止血材料在高压动脉性出血（如心脏破裂、动脉损伤）中的失效。现有临床主流止血剂（纤维蛋白胶、明胶海绵等）受限于凝胶时间长、组

在创伤性大出血救治中，时间与止血效率是生死的关键博弈。据世界卫生组织统计，全球每年约190万人死于致死性出血，其中超过30%的死亡源于传统止血材料在高压动脉性出血（如心脏破裂、动脉损伤）中的失效。现有临床主流止血剂（纤维蛋白胶、明胶海绵等）受限于凝胶时间长、组织粘附力弱及被动凝血机制，难以在血液冲刷下形成稳固密封层，导致容易造成止血失败。此外，化学交联剂引发的生物毒性、不可降解导致的二次感染风险，进一步制约了急救场景的应用。

面对这一全球性难题，北京科技大学王磊、王鲁宁团队从生物界面分子键合机制中获取灵感，开发出一种新型双吖丙啶改性壳聚糖（DC）衍生物。他们发现，双吖丙啶基团在365 nm紫外光激发下生成的“活性卡宾”，能像“分子订书机”一样，瞬间锚定组织表面的氨基基团，形成高强度共价键粘附。更有突破性的是，通过精确调控壳聚糖分子链上双吖丙啶基团的取代度，团队实现光固化水凝胶的“秒级响应”（凝胶时间8秒）与“高爆破压力”（200 mmHg），较传统光聚合水凝胶实现显著提升。DC密封剂通过促进红细胞和血小板的粘附和聚集，以及血小板活化来加速体外凝血，在肝穿孔模型中，密封剂显著促进肝伤口的愈合并提高存活率。同时，这种水凝胶止血密封剂能够成功封堵兔子心脏穿刺出血，因此在未来临床应用中表现出了极大潜力。该研究以题为“Rapidly photocurable and strongly adhesive hydrogel-based sealant with good procoagulant activity for lethal hemorrhage control”的论文发表在期刊《Advanced Functional Materials》上。第一作者为硕士研究生吕永乐、徐炎炎，通讯作者为王磊副教授和王鲁宁教授。

这项研究工作中水凝胶基密封剂的强组织粘附主要依赖于壳聚糖分子链中的双吖丙啶基团的成功引入。受到生物界面分子键合的启发，作者认为使可光固化水凝胶基密封剂能够与组织建立共价键是提高可光固化水凝胶的组织粘附强度和解决其用于封堵致死性出血的有效方法。为了实现这一点，作者对壳聚糖进行化学改性——在壳聚糖分子链上引入双吖丙啶基团。如图1所示。通过双吖丙啶基团的化学修饰，壳聚糖水凝胶不仅展现出可光固化性能还赋予了其组织粘附的能力且伴随内部分子结构改变显著提高了其在水中的溶解度。测试结果表明，当双吖丙啶基团取代度为33%时，水凝胶的凝胶时间为8 s，储能模量为18 kPa和压缩强度为19 kPa，表明该水凝胶能够快速在出血部位建立稳定、坚韧的物理屏障。同时，作者还对其溶胀率进行评估，发现随着双吖丙啶基团取代度的增加，溶胀率逐渐减小。当双吖丙啶基团取代度为33%时，水凝胶的溶胀率约为167%，表明水凝胶能够在潮湿环境中保持持久的组织粘附。

图1.DC水凝胶的物理化学表征及快速光固化

双吖丙啶基团的引入赋予壳聚糖水凝胶强的组织粘附性，作者对该水凝胶基密封剂的粘附强度和封堵性能进行了分析和表征。在粘附性能上，随着双吖丙啶基团取代度的增加密封剂的爆破压力、搭接剪切强度和界面韧性逐渐增加，如图2所示。当双吖丙啶基团取代度为33%时，密封剂的爆破压力、搭接剪切强度和界面韧性分别为200 mmHg，26.9 kPa和582.4 Jm−2，表明该密封剂具有高的爆破压力和强的组织粘附力，这有利其应对大出血紧急情况。同时，密封剂可以封堵猪心脏穿刺处，实现心脏内水循环而不渗漏。粘附界面SEM微观图显示，DC-6密封剂呈现多孔结构，光固化水凝胶与组织表面之间没有明显的边界或间隙，这说明密封剂显示出强的组织粘附力，能够承受血液流动条件下而不脱落。

图2.DC水凝胶基密封剂的组织粘附性和密封性。

图3通过体外细胞活性测试和溶血活性测试，证实了该水凝胶基密封剂对NIH/3T3小鼠成纤维细胞具有良好的细胞相容性和血液相容性。此外，通过皮下植入小鼠皮下模型的组织学评估，观察到植入部位的炎症细胞浸润在植入后第10天最小，并在第17天完全消失，没有系统性毒性的迹象。同时，术后一周对其内脏组织进行组织学评估，结果显示水凝胶和对照组处理的内脏器官具有完整的组织结构，没有水肿、炎症或异常缺陷。这些结果表明，该水凝胶基密封剂具有良好的生物相容性和可降解性。

图3.DC水凝胶基密封剂的生物相容性

DC水凝胶基密封剂的体外凝血能力首先通过检测水凝胶与全血共孵育后的凝血时间来评估，如图4所示。发现DC水凝胶基密封剂具有良好的凝血能力。进一步进行了红细胞和血小板粘附测定，以更好地了解血液凝固机制。结果表明，DC水凝胶基密封剂还可以促进红细胞和血小板的粘附以及血小板的激活。DC水凝胶基密封剂表面有大量的正电荷，在接触血液时其能够通过静电相互作用来富集血细胞。

图4. DC水凝胶基密封剂的体外凝血效果

图5通过比较医疗纱布、市售纤维蛋白胶和DC水凝胶基密封剂对小鼠鼠尾和肝脏损伤的止血能力，发现DC水凝胶能显著减少出血量并在较短的时间内实现止血。此外，通过组织学评估，研究了DC水凝胶对肝脏修复的效果，结果显示与纱布相比，DC水凝胶处理的肝脏损伤区域愈合更为完整。DC水凝胶治疗肝脏出血，术后小鼠的存活率高达100%。这些结果表明，DC水凝胶不仅在止血方面表现出色，还可以促进组织再生，从而加速伤口愈合过程。

图5. DC水凝胶基密封剂在小鼠鼠尾和肝脏缺损模型中体内止血和伤口愈合评估。

图6在兔的肝脏创造了标准体积缺陷，并在股动脉和心脏上制造了穿刺损伤，然后应用DC水凝胶基密封剂进行止血处理。实验结果显示，DC水凝胶基密封剂在应用后迅速形成了坚固且稳定的密封，有效阻止了大量出血，并且在观察期间也没有发生再出血。在术后1、7天兔的心电图也未见异常，说明DC密封剂的应用不会影响兔的基本生命活动。此外，通过组织学评估证明了DC密封剂与心肌组织的牢固粘附。界面几乎未见坏死和轻度炎症，Masson染色证实胶原再生，说明该密封剂可以加速兔心脏穿孔损伤的恢复。总之，这些结果表明，即使在严重大出血情况下，DC水凝胶基密封剂也具有快速而强大的密封和止血能力。

图6. DC水凝胶基密封剂在兔的体内止血效果与伤口愈合情况

总结：综上所述，本研究成功开发了一种基于双吖丙啶改性壳聚糖的快速光固化强粘附止血密封剂，用于致死性出血的控制。在紫外光照射下，双吖丙啶基团转化为高反应活性的卡宾，迅速与密封剂和生物组织表面的壳聚糖骨架上的氨基建立共价键结合，分别实现快速固化和强组织粘附。DC密封剂具有良好的生物相容性和生物降解性。由于红细胞的聚集和血小板的聚集/活化，该密封剂在体外也具有良好的促凝血因子活性。DC胶在肝穿孔中的止血性能超过了市售的纤维蛋白胶。此外，使用DC密封剂的治疗能够促进了肝脏伤口的愈合，并提高了存活率。DC密封剂不仅实现了心脏穿孔的快速高效止血，而且加速了兔心脏穿孔模型的恢复。

作者衷心感谢国家重点研发计划项目（编号：2021YFB3800800)，国家自然科学基金项目（编号：52003028和52231010)、北京大学第三医院学科交叉研究项目（编号：BYSYJC2023009)和北京市杰出青年科学基金项目（编号：JWZQ20240101016)的支持。

声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！

来源：科学探究员