化學(xué)家開發(fā)納米級(jí)生物可吸收傷口敷料

德克薩斯A&M大學(xué)的科學(xué)家正在利用基于有機(jī)納米材料的化學(xué)和甲殼類動(dòng)物外骨骼中的天然產(chǎn)物的綜合力量，幫助急救醫(yī)學(xué)從醫(yī)院到戰(zhàn)場(chǎng)更接近減輕失血的可行解決方案。

出血是創(chuàng)傷性死亡的主要原因，2013年在美國(guó)排名第四，總成本為6,710億美元。與來自埃及Assiut大學(xué)的合作者的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)合作，德克薩斯A&M化學(xué)家Karen Wooley的研究小組開發(fā)了一個(gè)生物可吸收傷口敷料，建立在已經(jīng)證實(shí)的殼聚糖(一種廣泛用于商業(yè)傷口敷料的天然材料)的血液流動(dòng)特性的基礎(chǔ)上- 通過納米級(jí)納米級(jí)來提高其有效性和影響。

Wooley的團(tuán)隊(duì)由德克薩斯A&M化學(xué)博士領(lǐng)導(dǎo)。學(xué)生和美國(guó)宇航局太空技術(shù)研究員Eric Leonhardt成功地將高度糾纏的殼聚糖納米纖維封裝在糖基水凝膠中，在短短7天內(nèi)溶解，留下了明顯更大的可用傷口愈合表面，同時(shí)消除了后續(xù)物理去除的需要。他們的結(jié)果發(fā)表在Nature Communications上。

“可以應(yīng)用并留在受傷部位的生物可吸收傷口敷料適用于各種失血情況 - 例如，控制創(chuàng)傷性傷害的出血并挽救民用和軍用生命的生命，”服務(wù)的萊昂哈特說。作為團(tuán)隊(duì)論文的第一作者。“ 我們開發(fā)的復(fù)合材料具有延展性，可以很容易地施用于傷口部位。它們?cè)跍p少失血量和在幾種動(dòng)物中對(duì)市售生物可吸收傷口敷料實(shí)現(xiàn)止血所需的時(shí)間方面也表現(xiàn)得更好?？?。”

除Leonhardt外，團(tuán)隊(duì)成員還包括Texas A&M材料科學(xué)與工程博士。學(xué)生娜莉康; Mahmoud Elsabahy博士，德克薩斯A&M合成生物相互作用實(shí)驗(yàn)室助理主任，Al-Rajhy肝臟醫(yī)院Assiut納米醫(yī)學(xué)臨床中心主任; 以及醫(yī)學(xué)院內(nèi)外科教授Mostafa A. Hamad博士。

Elsabahy認(rèn)識(shí)到，雖然殼聚糖在這種敷料中是理想的選擇，因?yàn)樗驯蛔C明有效減緩血液流動(dòng)，并且因?yàn)樗峁┝祟~外的抗菌性能，它還具有結(jié)塊的傾向，使其難以摻入生物可吸收材料中。該團(tuán)隊(duì)通過將殼聚糖加載到納米結(jié)構(gòu)模板支架中來克服這一障礙，以更好地分散它并增加其與血液成分的相互作用，從而加速吸收和愈合。

作為其突破性發(fā)現(xiàn)過程的第一步，研究人員開發(fā)了環(huán)糊精水凝膠 - 一種具有水解可降解鍵的糖類 - 設(shè)計(jì)有能夠與殼聚糖分子發(fā)生離子相互作用并與其結(jié)合的位點(diǎn)。在冷凍干燥所得復(fù)合材料后，將它們暴露于除去模板支架的溶液中。然后他們使用掃描電子顯微鏡進(jìn)一步分析殼聚糖，他們確定殼聚糖已組裝成直徑約10至20納米的高度纏結(jié)的納米纖維墊。

“這些纖維不僅比先前報(bào)道的殼聚糖纖維小得多，它們也是非常理想的，因?yàn)橄鄳?yīng)的表面積增加預(yù)計(jì)會(huì)大大增強(qiáng)止血效果，”Elsabahy說，他構(gòu)思了該項(xiàng)目。“我們相信這項(xiàng)工作將通過展示其作為生物可吸收傷口敷料的示范來增強(qiáng)殼聚糖作為止血技術(shù)的范圍。”

迄今為止，該團(tuán)隊(duì)已將他們的復(fù)合傷口敷料應(yīng)用于大鼠，兔子和豬的肝損傷，測(cè)量失血量，止血時(shí)間和每種情況下的平均動(dòng)脈壓以測(cè)量有效性。敷料也被植入肝臟并在七天后成像以評(píng)估復(fù)合材料的生物降解。在任何設(shè)置中都沒有觀察到殘留物。

“在出血的前24小時(shí)內(nèi)，出血導(dǎo)致超過35%的院前死亡和超過40%的死亡，”Leonhardt說。“止血敷料有可能通過早期控制出血來降低發(fā)病率和死亡率。這些敷料可以包含在急救包中，由士兵攜帶以拯救戰(zhàn)場(chǎng)上的生命，并且它們還可用于控制各種傷害中的出血醫(yī)院的情景和外科手術(shù)?？晌盏闹寡罅峡闪粼趽p傷部位，無需移除載體，降低了再次出血的風(fēng)險(xiǎn) - 在載體去除不可吸收的敷料的情況下 - 并減少了所需的持續(xù)時(shí)間用于外科手術(shù)。“

Wooley打算將這項(xiàng)初步工作擴(kuò)展到模擬致命性出血情景的研究中的材料評(píng)估，然后進(jìn)行臨床試驗(yàn)。此外，她希望進(jìn)行未來的基礎(chǔ)研究，以進(jìn)一步探索模板支架內(nèi)殼聚糖納米纖維形成的機(jī)制，目的是最終實(shí)現(xiàn)對(duì)組件的控制，以便能夠調(diào)整和優(yōu)化傷口敷料的最終形態(tài)。