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东华大学洪枫教授课题组ACS AMI:用于体内快速止血和创伤修复的氧化细菌纤维素抗菌复合海绵
2020-01-30  来源:高分子科技

  东华大学洪枫教授团队开发了一种新型止血复合材料(OBC/COL/CS),是利用氧化细菌纤维素(OBC)的聚阴离子和壳聚糖(CS)的聚阳离子特性进行静电吸附自组装OBC/CS,反应中巧妙地将胶原蛋白(COL)作为功能成分连接制备而成。引入胶原蛋白将提供促凝和促愈等功能特性,从而获得新的功能复合材料。这项研究在体内证实了复合物的优异止血功效,大大优于临床止血产品——美国强生的速即纱(Surgicel),结果表明,OBC/COL/CS纳米复合材料在体内具有优异止血功效、良好的强度、广谱抗菌特性和出色的生物降解性。

图1. 产品设计效果示意图

  用于体内不可压迫伤口的止血,要求产品具备诸多优异的性能,譬如快速止血、可降解吸收、广谱抗菌、良好的生物相容性以及安全性等。目前,国内临床上可用的体内止血产品为数不多,且主要依赖于进口。速即纱(Surgicel)是一款由美国强生公司生产的体内可吸收止血产品,其主要成分为氧化再生纤维素,在心脑血管、胸肺部、胃切除、肝胆、妇外科、神经外科以及口腔手术等临床上得到广泛应用。然而,速即纱在使用过程当中也存在诸多缺陷和不足,如止血效率偏低、局部环境酸性、抑菌性弱、生物相容性差、降解速率偏慢等。因此,设计开发性能优异的体内可吸收型止血产品仍是当前国内外临床的迫切需求。

  针对以上问题,近日,东华大学洪枫教授课题组设计开发了一种基于氧化细菌纳米纤维素的体内可吸收抗菌复合止血海绵。该团队利用具有高比表面特性的多聚阴离子氧化细菌纳米纤维素(OBC)和多聚阳离子壳聚糖(CS)的静电吸附自组装反应,巧妙地将胶原蛋白(COL)进行绑定,制备得到了一种新颖的止血纳米复合材料(OBC/COL/CS)。引入胶原蛋白提高并丰富了复合材料的止血效率和促愈功能,比现有植物源氧化再生纤维素止血产品——速即纱具有更好的止血效果。

图2. 功能止血海绵的复合技术原理示意图

  该复合材料的制备技术(如图2)具有以下优点:1. 简单便捷。由于OBC和CS之间静电力的存在,将两种分散液混合后,复合体系可以在短时间内通过自组装迅速完成,并可利用自组装过程将COL进行绑定;2. 绿色环保。这种方法避免了有一定毒性的化学交联剂的使用;3. 普遍适用性。这种静电力诱导自组装的方法同样适用于其它生物大分子复合材料的制备,具有普适性。

图3. OBC、OBC/CS和OBC/COL/CS三种止血海绵的制备技术路线示意图

  以图3的技术方案,研究人员同时制备了OBC、OBC/CS和OBC/COL/CS三种止血海绵,率先在动物肝脏出血模型中评估了OBC、OBC/CS以及OBC/COL/CS的体内止血效果(图4),并且首次发现OBC比市售的植物源氧化再生纤维素(ORC)止血产品——速即纱具有更快的体内降解速率(图5)。研究结果表明,OBC/COL/CS 纳米复合材料具有适宜手术操作的力学性能、广谱抗菌性、促成纤维细胞增殖以及优异的体内降解吸收性。此外,动物实验证实OBC/COL/CS比目前的速即纱具有更好的止血效果,具体表现为更好的促凝血特性和凝血能力、更高的红细胞和血小板粘附性(图6)以及更低的失血量(图4B),大大缩短了止血时间(图4C)。所有结果表明,OBC/COL/CS是一种快速、高效、安全的促凝血材料,具有良好的广谱抗菌性能和细胞相容性,在控制内出血应用领域具有广阔的应用前景。

图4. 大鼠肝脏出血模型中各种材料的止血能力评价

(A)止血效果图;(B)失血量;(C)止血时间

图5. 各种材料的体内/体外降解性

(A)PBS中的降解性;(B)PBS中20天后的样品;(C)植入7天和30天后的组织切片

图6. 各种材料的体外凝血效果评估

(A)凝血实验示意图;(B)全血凝固测试;(C)红细胞和血小板吸附后的电镜照片

  该成果以A Biodegradable Antibacterial Nanocomposite Based on Oxidized Bacterial Nanocellulose for Rapid Hemostasis and Wound Healing为题发表于ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 3, 3382-3392(DOI: 10.1021/acsami.9b17732)上。论文第一作者为东华大学化学化工与生物工程学院博士生袁海彬,通讯作者为洪枫教授。该研究团队长期从事细菌纤维素的低成本高效制备及其高附加值医学应用研究(https://www.researchgate.net/profile/Feng_Hong2),包括在细菌纤维素基小口径人工血管、止血海绵、载药纤维素缓释凝胶、功能敷料等生物医学领域开展了大量工作。

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(责任编辑:xu)
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