福州大学AFM：生物启发自修复水凝胶，实现快速止血和促进胃溃疡愈合

伴随急性或慢性出血的胃溃疡存在显著的致死风险。然而，在胃溃疡出血中实现快速止血和伤口愈合的有效策略开发，是一个巨大的挑战。为了应对这一挑战，福州大学温娜/福建物构所周天华/福建省立医院黄雪平采用了凝血酶衍生的C末端肽（TCP-25）作为靶向剂，并通过Schiff碱反应将其结合到两种新型可注射且生物相容的羧甲基壳聚糖（CMCs）水凝胶中。TCP-25肽水凝胶在独特的胃肠微环境中表现出最佳的适应性，展示了酸抵抗性和降解性之间的平衡，以及控制释放和生物活性，以及良好的生物粘附性质。体外和体内实验均显示，该水凝胶能够实现快速止血。在大鼠乙醇诱导的胃溃疡模型中，它证明了水凝胶在24小时内有效抑制胃溃疡出血达92%，其效果超过了常用临床治疗药物奥美拉唑。这种增强的性能归因于CMCs水凝胶和TCP-25肽在有效实现止血、抑制细菌生长和促进急性或慢性出血性胃溃疡的胃伤口愈合方面的协同效应。因此，本研究为胃溃疡的快速止血和伤口愈合提供了有希望的临床应用。该研究以题为“Bio-Inspired Self-Healing Hydrogel for Fast Hemostasis and Accelerated Wound Healing of Gastric Ulcers”的论文发表在《Advanced Functional Materials》上。

方案 1展示了一种生物启发型自修复水凝胶的制备过程以及其在胃出血治疗中的应用。这种水凝胶利用了血小板衍生的C末端肽（TCP-25）作为靶向剂，通过席夫碱反应与羧甲基壳聚糖（CMCs）结合形成动态交联网络，具有快速凝胶化、自修复性、高膨胀能力和优异的生物相容性。在胃出血治疗中，这种水凝胶能够作为物理屏障，通过电静力吸引固定并持续释放TCP-25肽，激活血小板，启动凝血级联反应，加速伤口周围的纤维蛋白凝块形成，从而有效止血。同时，它还能调节伤口表面的出血，抑制细菌生长，促进胃伤口愈合。

方案1. 水凝胶制备及治疗胃溃疡止血、抗菌和伤口愈合的示意图

【TCP-25肽水凝胶的制备和理化性质】

图1描述了TCP-25肽水凝胶的制备和物理化学特性。研究表明，随着CMCs-TCP浓度的增加，水凝胶形成时间缩短，且在9 wt.% CMC-TCP含量时凝胶时间最短。FTIR分析证实了席夫碱反应的发生，而SEM图像显示了水凝胶具有高度多孔的网络结构。流变学测试表明水凝胶具有良好的自修复性质，且其G'值显著高于市售的纤维蛋白胶，显示了优异的力学性能和稳定性。此外，水凝胶展现出良好的注射性能，能够通过内窥镜手术简单注入胃中。结论是，TCP-25肽水凝胶具有快速凝胶化、自修复性、高膨胀能力和优秀的生物相容性，这些特性使其适合于临床注射过程中的原位凝胶化，为胃出血和伤口愈合提供了一种有前景的新型生物材料。

图1. TCP-25肽水凝胶的制备和理化性质

【TCP-CX和TCP-CO水凝胶在模拟胃液和PBS中的降解行为】

在模拟胃液（pH 2）和中性缓冲溶液（pH 7.4）中，TCP-CX和TCP-CO水凝胶的降解率在模拟胃液中更高，显示出在酸性环境中的快速降解特性。溶胀比率测试表明，水凝胶在不同pH值下表现出显著的溶胀能力，特别是在酸性环境中，这有助于维持胃伤口处的稳定网络结构。生物粘附测试通过猪皮的搭接剪切测试来量化水凝胶的粘附强度，结果显示TCP-CO和TCP-CX水凝胶对猪皮具有较高的粘附强度，且在模拟胃环境中显示出良好的长期粘附特性。结论是，TCP-25肽水凝胶在模拟胃环境中展现出快速降解、高溶胀比率和优异的生物粘附性，这些特性使其成为治疗胃溃疡的有前景的生物材料，能够有效地促进伤口愈合并防止材料因胃内容物的剪切力而移位。

图2. TCP-CX和TCP-CO水凝胶在模拟胃液和PBS中的降解行为

【TCP-25肽水凝胶的溶血实验结果和抗菌活性】

溶血实验显示，TCP-25肽水凝胶的溶血率低于3%，表明其具有良好的血液相容性。抗菌实验结果显示，与未经TCP-25肽处理的样本相比，TCP-25肽水凝胶对标准菌株和临床分离的多重耐药菌株（如产气荚膜梭菌、肺炎克雷伯菌和金黄色葡萄球菌）具有更高的抗菌活性，其抑菌率接近90%。此外，通过CCK-8实验评估了水凝胶对NIH-3T3细胞的生物相容性，结果显示不同浓度的水凝胶对细胞的相容性良好，细胞活性超过90%，表明水凝胶具有良好的细胞增殖效应和优异的生物相容性。这些结果表明TCP-25肽水凝胶不仅具有优异的抗菌性能，而且对细胞生长和组织修复具有促进作用。

图3. TCP-25肽水凝胶的溶血实验结果和抗菌活性

【大鼠部分厚度伤口模型和立即感染模型中的伤口愈合性能】

实验中，未处理组在治疗4天后伤口没有显著变化，而缝合组虽然在第二天显示出显著愈合，但愈合过程中形成了疤痕。相比之下，使用TCP-25肽水凝胶处理的组在第一天就观察到伤口愈合的迹象，并且在治疗的第二天伤口愈合率显著高于未处理和缝合组。此外，在S. aureus感染模型中，TCP-25肽水凝胶显示出比未处理组和其他组更高的愈合率，并且没有发生感染。这些结果表明，TCP-25肽水凝胶能有效抑制炎症反应，并促进伤口愈合过程。结论是，TCP-25肽水凝胶在体内表现出优异的伤口愈合能力，能够显著加速愈合过程，并且在感染模型中显示出良好的抗感染性能。

图4.大鼠部分厚度伤口模型和立即感染模型中的伤口愈合性能

【TCP-25肽水凝胶在体外和体内的凝血能力】

体外实验中，使用肝素化的整血来测试水凝胶的凝血效果，结果显示TCP-CO和TCP-CX水凝胶显著加快了血液凝固，凝血时间少于1分钟，远快于对照组和其他水凝胶。通过倒置测试进一步评估了水凝胶的凝血能力，发现TCP-25肽水凝胶能够在倒置状态下维持血液凝固形态。体内实验中，在大鼠肝脏创伤模型中评估了水凝胶的止血效果，TCP-CX肽水凝胶显示出最短的止血时间（约9秒），并且显著减少了总出血量。此外，与对照组相比，TCP-25肽水凝胶在大鼠胃出血模型中实现了快速止血（约9秒），并且在24小时内胃出血抑制率达到92%，优于临床常用的奥美拉唑药物。

图5. TCP-25肽水凝胶在体外和体内的凝血能力

【大鼠乙醇诱导胃溃疡模型中的止血和愈合性能】

图6描述了在大鼠乙醇诱导的胃溃疡模型中，TCP-25肽水凝胶的体内止血和愈合性能评估。实验中，对照组注射了生理盐水，阳性对照组注射了奥美拉唑，而实验组则分别注射了TCP-25肽水凝胶。水凝胶每6小时注射一次，持续观察24小时。结果显示，TCP-25肽水凝胶组在9小时和24小时后的溃疡评分最低，且在24小时内实现了92%的胃溃疡抑制率，优于奥美拉唑的治疗效果。组织学分析进一步证实了TCP-25肽水凝胶的愈合效果，特别是在24小时后，水凝胶组的大鼠胃粘膜层基本修复，仅有少量红细胞和炎症细胞观察到。这些结果表明TCP-25肽水凝胶在体内对胃溃疡出血具有显著的止血和愈合效果，能够快速形成保护屏障，减少胃酸对溃疡的影响，并促进胃粘膜的修复。

图6. 大鼠乙醇诱导胃溃疡模型中的止血和愈合性能

【小结】

该研究开发了两种新型的可注射自修复TCP-25肽水凝胶，这些水凝胶基于人体内源性肽防御系统，并具有快速的凝胶化速率。它们在临床注射过程中展现出良好的注射能力和快速的凝胶化，适用于原位凝胶化。此外，这些水凝胶拥有良好的自修复性能和高膨胀能力，赋予了它们在独特胃肠微环境中的适应性。TCP-25肽水凝胶在体外和体内实验中均显示出高效性，对抗标准菌株和临床上分离的多重耐药菌株均有显著效果。这些水凝胶在简单输送至胃部后，展现出对胃溃疡出血的止血和粘膜愈合能力。体内止血研究表明，与临床常用的奥美拉唑药物相比，TCP-25肽水凝胶实现了更快的止血（约9秒），更优的胃溃疡止血和伤口愈合效果。这些有希望的特性表明，可注射自修复TCP-25肽水凝胶在治疗急性或慢性出血以及促进胃溃疡愈合方面具有临床应用潜力，它们也可能被用于其他伤口敷料和急性或慢性伤口止血的领域。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202411959