中国国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China)2021

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2022年8月31-9月2日 | 上海世博展览馆1&2号馆

 

2022年上海医疗器械展会揭秘新型止血又抗菌的水凝胶

2022-05-30

水凝胶作为医用生物材料的一个关键品类,指的是一类极为亲水的三维网络结构凝胶,它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。 由于存在交联网络,水凝胶可以溶胀和保有大量的水,水的吸收量与交联度密切相关。交联度越高,吸水量越低。这一特性很像一种软组织。固体的行为是一定条件下可维持一定的形状与体积,液体行为是溶质可以从水凝胶中扩散或渗透在动脉和内脏大剂量出血的情况下实现快速止血仍然是一项紧迫的临床需求。

近日,2022年上海医疗器械展会Medtec中国了解到来自福州大学的学者提出了一种双仿生水凝胶,对于心脏穿透孔和股动脉损伤的兔/猪模型显示出比商业纱布更好的止血效率。可以加速伤口愈合,并在战场环境中治疗深部伤口出血的巨大潜力。总体而言,由于这些独特的优势为快速密封止血和伤口愈合应用开辟了一条新途径。

官创伤的发生,尤其是主动脉破裂和心脏出血的发生,很容易导致人体大出血,全球30%以上的创伤性死亡是由失血过多引起的。目前,外科缝合、纱布包扎、电凝等被认为是临床手术中常用的止血方法,但由于止血效率有限、技术操作繁琐、炎症反应严重、和继发性组织损伤。大量出血和伤口感染是严重创伤期间经常遇到的主要问题,在动脉和内脏大剂量出血的情况下实现快速止血仍然是一项紧迫的临床需求。 来自福州大学的学者首先提出了一种贻贝和藤壶水泥蛋白启发的双仿生水凝胶。得益于丰富的酚羟基、坚韧的耗散基质、界面水的去除以及苯酚-醌的动态氧化还原平衡,多网络水凝胶实现了可重复的强大的湿组织粘合性(151.40 ± 1.50 kPa)、快速多模态自愈能力以及对革兰氏阳性/阴性细菌的出色抗菌性能。对于心脏穿透孔和股动脉损伤的兔/猪模型,由于具有很强的伤口密封能力、优异的红细胞捕获性能和止血屏障膜的激活,双仿生生物粘附剂显示出比商业纱布更好的止血效率。更有趣的是,水凝胶与商业止血海绵相结合,可以加速伤口愈合,并在战场环境中治疗深部伤口出血的巨大潜力。总体而言,由于这些独特的优势,新型组织粘附止血剂为快速密封止血和伤口愈合应用开辟了一条新途径。


图1. 由不同组分组成的水凝胶的结构和物理性质。A)天然和转化贻贝和藤壶的关键粘附特征。B) C-CTS/SA-Ag/dECM 水凝胶结构示意图。C) FTIR 光谱和 D) 冻干C-CTS、C-CTS/SA-Ag 和C-CTS/SA-Ag/dECM 水凝胶的 SEM 图像。


图2. 水凝胶的可重复的湿组织粘合性能。A) 从基材上剥离 C-CTS、C-CTS/SA-Ag和 C-CTS/SA-Ag/dECM 水凝胶的过程。B)水凝胶的水下粘附机制。C)照片显示水凝胶与橡胶、玻璃、金属和湿猪皮在空气和水下具有很强的粘附性。将水凝胶粘附在D) 聚苯乙烯培养皿上,持续流动的水和 E) 猪皮肤在连续搅拌的水中保持 30 天。F) 模拟屈服变形后搭接剪切C-CTS/SA-Ag/dECM 水凝胶中的应力分布。 

水凝胶等新型敷料市场需求将快速增长,会倒推我国医用敷料行业产品结构不断调整升级。从整个医用敷料产业来看,高端医用敷料市场增速不断加快。2022年上海医疗器械展会Medtec中国今年“技术论坛H:新型医用敷料的技术发展与应用论坛将”围绕硅凝胶在先进伤口护理中的应用、静电纺丝技术在创伤敷料等组织修复方面的应用等议题继续进行研讨,促进敷料成品企业与上游供应企业的交流与合作。点击快速预登记。


图3. 水凝胶的自愈特性。A) 自修复水凝胶结构示意图。B) 宏观观察显示粘附在手指上的水凝胶的自愈过程。C) 拉伸强度和 D) 原始水凝胶和自修复水凝胶的杨氏模量比较。原始水凝胶和自修复水凝胶的应力-应变曲线:在 E)加热,F)在空气中,G)在水下。


图4. 水凝胶的体外止血和生物相容性。A)用水凝胶或什么都不用处理的血液凝固的照片。B) 水凝胶和空白对照在 37 °C 的全血凝血动力学。C) 红细胞在不同水凝胶上粘附的 SEM 形态。D) 增殖能力和 E) LO2 细胞在直接接触细胞培养板(对照)、C-CTS、C-CTS/SA-Ag 和C-CTS/SA-Ag/dECM 水凝胶后的 LIVE/DEAD 染色图像1、3 和 7 天。


图5. 水凝胶在各种兔子的出血模型中的止血性能。A) 纱布和 C-CTS/SA-Ag/dECM 水凝胶的止血效果的图像,其中未经处理作为对照。B)各组止血时间和C)出血面积比较。D)兔颈动脉手术整个手术过程中记录的 MAP 和 ECG。E) 本文的止血水凝胶治疗的兔股动脉出血模型。F) 术后一周从正常兔和手术兔分离的内脏组织切片的 H&E 染色图像。


图6. 水凝胶的体外抗菌性能和体内伤口愈合性能。A) 水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌特性的照片。B)Gross,C)H&E 染色(绿色箭头:表皮;蓝色箭头:毛囊和皮脂腺;红色箭头:真皮),和 D)通过缝合和各种方法处理的全层皮肤切口的马森三色 (MT) 染色图像未经处理的水凝胶作为对照。E) 每组胶原沉积指数的定量分析。F) 不同组中两种细菌分离物的杀灭率。 综上所述,受贻贝和藤壶水泥蛋白粘附机理的启发,C-CTS/SA-Ag-dECM水凝胶被设计并轻巧地制成一种新型止血敷料。双仿生多网络水凝胶在各种湿基板上表现出超高的粘附性能,这是由于氢键、静电力和阳离子-π相互作用。此外,该材料还提供了足够的机械强度,可重复的附着力和多模态自愈性。得益于优良的抗菌性能和良好的生物相容性,本文提出的C-CTS/SA-Ag/dECM水凝胶进一步应用于兔子和猪的各种动脉出血模型中。与商用纱布相比,该水凝胶在所有兔或/和猪损伤模型中均表现出更好的止血能力,可归因于强伤口密封能力和止血屏障膜活化作用。更有趣的是,在1.0 cm长的兔皮肤切口模型中,本文开发的水凝胶表现出与手术缝合线相似的高愈合效率和强大的伤口愈合能力,并且没有疤痕。

总体而言,2022年上海医疗器械展会Medtec中国多年来不断引进医用材料企业,同时开展多场会议帮助企业解决研发设计中的难点痛点,可以看到本文讲解的C-CTS / SA-Ag-dECM水凝胶是心脏动脉大量止血和伤口愈合的竞争性候选者,同时也显示出有希望的潜力。然而,未来止血材料的先进发展将不仅集中在有效的出血控制上,解决材料的长期储存或/和运输问题、确保在急性条件下(如极高和极低温度)的高性能、以及保持批量生产的稳定性是这种双仿生水凝胶成为商用现成止血剂的主要挑战。 (文:SSC)

来源:材料科学与工程