快速止血材料研究进展_吴晓青.pdf

62创伤与急危重病医学 2023 年 1 月 第 11 卷 第 1 期Trauma and Critical Care Medicine Jan.2023 Vol.11，No.1 综 述 快速止血材料研究进展吴晓青，张子璇，孟昭刚海军青岛特勤疗养中心，山东青岛266071关键词 快速止血材料；纳米纤维；水凝胶；淀粉；壳聚糖Key words：Rapid hemostatic material；Nanofibers；Hydrogel；Starch；Chitosan中图分类号：TQ314.2 DOI：10.16048j.issn.2095-5561.2023.01.16 文章编号：2095-5561（2023）01-0062-04止血材料是医疗器械行业中的细分行业，近年来，伴随着手术量的逐年递增，其适用范围越来越广，种类越来越丰富。我国平均每年手术例次达到400 万以上，且多集中在内科、外科手术室。同时，临床对止血类材料的需求量也随之增加1。有研究表明，在导致人类死亡原因中，大量出血死亡占据 39%，若人体失血量达到血液总量的 30%，且属于重度出血，这时体内循环的血量很难满足器官、组织的正常需求，极易导致大脑供血不足，引发神志不清、视线模糊，甚至是休克、昏迷等严重后果2-4。在外科手术和创伤等场景中，不可控出血所导致的病死率达到 30%以上，其中，超过半数以上的死亡发生于未采取有效紧急措施之前5。快速止血材料是近年来医疗器械行业发展探讨的热点，各种无机类止血材料、高分子多糖类止血材料逐渐应用于临床。本文结合近 5 年时间内出现的全新止血材料研究报道，对其进行全面的总结与展望，以期望能够为更多、更好止血材料的开发和伤口辅料改良提供客观依据。1 止血机理1 1 激活凝血因子 激发凝血因子的主要途径包括外源性凝血、内源性凝血。对于内源性凝血途径而言，带有负电荷的外源物质在血管损伤时激活因子，导致下游其他凝血因子的蛋白水解激活，直到因子被激活6。在整个途径中，凝血因子均源自血液自有成分。而当血管系统受创伤，组织因子（tissue factor，TF）在血液中暴露，必然会激活外源性凝血因子途径。但在 Ca2+的影响下，TF 可促使凝血因子被激活7。随后，凝血因子与 TF 相互结合即可形成复合物，从而使得因子 X 继续激活，在两条通路交汇之后，即可为因子 X 刺激纤维蛋白凝块搭建全新的通路，在这个通路变化期间，活化之后的因子 X，在 Ca2+和磷脂膜的参与影响下，可促使凝血酶原被大量分解为凝血酶8。而纤维蛋白原能够通过凝血酶被迅速分解为纤维蛋白单体。纤维蛋白单体则在因子、Ca2+的共同作用下发生交联反应9。最后，即可形成较为稳定的纤维蛋白凝块，并在止血变化的过程中实现对血小板的堵塞变化 10。1 2 血小板黏附机制 血小板能直接作用于初级（血小板黏附和聚集）、次级（纤维蛋白网形成）方面的止血阶段11-12。GPIb-复合物以及GP a/a 和血小板膜糖蛋白可结合到血管性血友病因子（von Willebrand factor，vWF）和胶原蛋白13。血小板表面整联蛋白 GP b-a 以其激活的构型负责结合血液蛋白纤维蛋白原，通过该蛋白血小板可以彼此桥接形成血小板栓。血小板表达的P-选择素可与糖蛋白配体相互结合作用于血小板聚集部位14。活性血小板表面分布着丰富的阴离子磷脂，其中，磷脂先丝氨酸能够通过内在小叶逐步转移到外部的小叶膜，因 Ca2+的存在则可直接激活和定位多种凝血因子搭建起内部、外部肌腱酶、凝血酶原酶复合物，最终导致因子转化为因子 a（凝血酶），而凝血酶在被分解处理之后，可促使纤维蛋白原转化为相应的纤维蛋白15。活化的血小板还能大量分泌血管性血友病因子、聚磷酸，并放大凝血各方面16。2 快速止血材料的研究与应用2 1 氰基丙烯酸酯纳米纤维 氰基丙烯酸酯纳米纤维是一种应用于内脏止血的气流辅助原位静电纺丝止血材料17。传统的静电纺丝材料需要灭菌处基金项目：军队后勤科研重点项目（BHJ18C005）；青岛市医药卫生科研计划项目（2021-WJZD251）第一作者：吴晓青（1969-），女，山东青岛人通信作者：孟昭刚，E-mail：63创伤与急危重病医学 2023 年 1 月 第 11 卷 第 1 期Trauma and Critical Care Medicine Jan.2023 Vol.11，No.1理后才能应用于创伤表面，若伤口相对较大或者赋形剂呈现出大小不均匀的特征，往往难达到较理想的止血效果，敷料与伤口也很难有效贴合17。氰基丙烯酸酯纳米纤维主要配合便携式静电纺丝设备，结合伤口情况完成氰基丙烯酸酯纳米纤维的直接沉积，能达到较显著的伤口快速止血效果 18。氰基丙烯酸酯纳米纤维能够实现对聚合物沉积准确度的提升，还能有效处理组织粘连问题，且配合相应气流装置可快速吹开组织表面的血液，从而促使纳米纤维在组织表面沉积，而不是作用于血液表面。有研究表明，采用氰基丙烯酸酯纳米纤维能在几秒内达到较为显著的止血效果，且止血之后无任何出血问题，所需要的聚合物材料也相对更少，极大程度上减低细胞毒性反应19。氰基丙烯酸酯纳米纤维具有较高强度、均匀性、良好完整性、柔韧性等特点，其能有效实现对血液及其他液体渗出问题的控制，从而避免大量使用引流管。有研究表明，对比传统静电纺丝材料，氰基丙烯酸酯纳米纤维材料具有更低的炎症反应和更好的组织恢复性20。有研究表明，氰基丙烯酸酯纳米纤维相较于传统密封方法能更好的实现封闭材料厚度的控制，有效降低对大脑的压迫问题，密封效果更显著21。2 2 RADA-16 水凝胶 自组装肽水凝胶材料以RADA-16为代表22。RADA-16（RADARADARADARADA）主要是指经由 16 个氨基酸组合而成的两亲性多肽23。这种结构促使 RADA-16 非共价键相互作用从而形成具有较高稳定性和较高强度的有效折叠结构23。此种结构可在中性 pH 溶液和生理盐溶液中形成含水量大于 99%的水凝胶支架。RADA-16材料有突出的生物相容特征及较低的免疫应答反应等特性，可有效降解氨基酸，且不易引发炎症反应。此外，RADA-16 特殊的三维结构也能够帮助细胞快速分化、增殖24。RADA-16 水凝胶能较好渗透到伤口中实现快速止血效果，从而降低对组织的继发性损伤问题25。有研究表明，RADA-16 水凝胶能在伤口位置形成快速的纳米纤维网，激发血细胞、血小板，形成血栓实现快速止血效果26-27。有学者通过动物实验发现，RADA-16 针对仓鼠股动脉、肝脏创伤性出血均能够时间短时间止血，且无病原风险问题。有研究表明，RADA-16 作用于创伤表面时，能够通过纳米纤维形成保护屏障，实现 20 s 内快速止血28。有学者借助基因重组技术，以 RADA-16 为基础提出3种不同的针对蛋白多肽弹性改编的基因融合材料，为 36R、60R、96R，且在实践中证实，纯化度最高的 96R 海绵膜做取得的止血效果最为突出29。2 3 多孔淀粉 淀粉是医用材料领域非常重要的辅料与原料。多孔淀粉是一种改性产物，其在淀粉诸多优势的基础上，也调整其吸收能力较弱、溶剂较小等诸多缺陷，有显著的止血效果30。有学者研发出 Junas 止血颗粒，其基于天然玉米淀粉表面来实现酯化反应和酶解反应，从而获得负载凝血酶的多孔淀粉，其能够实现对血流冲刷现象的阻抗，迅速渗透到伤口内部，达到较为显著的快速止血功效31。有学者基于多层结构以多孔淀粉和植物多酶为主制作出一种微粒子（MQ2T2），通过骨缺损小鼠实验发现，MQ2T2 能够实现对骨缺损的有效止血，随后再次以比格犬构建动物模型，再次证实 MQ2T2 的显著止血效果及有效促使骨骼修复功能32。有学者通过三甲基磷酸钠交联技术制作出一种多孔淀粉/透明质酸，并验证其显著的止血和吸收效果，且针对动物股动脉损伤及肝损伤均有非常显著的止血效果33。有学者基于多孔淀粉研发一种新型止血材料（Ca-CPSMs），并配合红外光谱表征以及 XPS 技术对伤口表面情况进行观察，发现伤口能够得到有效修饰处理，促使钙离子与多孔淀粉中的氧原子快速配对，从而提升机体的吸收速率以及对体外酶促降解功效，当多孔淀粉与血液接触之后，Ca-CPSMs 能够迅速释放大量的钙离子以缩短凝血活酶的作用时间，加速血小板黏附，形成血凝块34。2 4 纤维素增强壳聚糖 壳聚糖（chitosan，CS）作为一种较为理想的止血材料，已被广泛运用。但随着纳米技术的发展，寻求一种成本低廉、性能优异且绿色无污染的新型止血材料，是学界的探索方向35。有学者发现，通过纳米纤维素对壳聚糖进行增强处理后，能够更好的提升其物理性能，增强生物学特征36。Yuan 等 37采用 CS、氧化细菌纤维素（Oxidized bacterial cellulose，OBC）、胶 原（collagen，COL）来实施偶联处理，即精油静电自组装来促使CS 与 OBC 的结合，并将 COL 附着于 CS 表面，制作出了一种新型的 OBC/COL/CS 止血纳米复合材料。通过将该材料应用于实践止血处理，发现其能够有效提升 CS 的止血性能，还能发挥 COL 促进伤口愈合的功效，加速伤口的愈合速度。OBC/COL/CS 止血纳米复合材料具有适当的机械强度，不仅能够提升止血效果，还能保障材料的完整性，发挥广谱抗菌功效，可有效抑制多种细菌。此外，OBC 技术的运64创伤与急危重病医学 2023 年 1 月 第 11 卷 第 1 期Trauma and Critical Care Medicine Jan.2023 Vol.11，No.1用极大程度解决了纤维素纳米晶无法在体内降解吸收的问题。OBC/COL/CS 止血纳米复合材料能够帮助血小板、红细胞快速有效聚集，将其与 surgicel 纱布进行对比，发现 CS 综合止血性能均有显著提升。Wang 等38通过对自由基聚合进行运用，配合一锅法制作可注射季铵化羟乙基纤维素/二氧化硅泡沫水凝胶海绵（quaternized hydroxyethyl cellulose/silica foam，QHM）新型止血材料，发现 QHM 能较好展现出超强的水份吸收能力和水触发膨胀功效，从而实现对浓缩血液成分促进，激活凝血因子的协同功效，即便是体外实验，就能够促使血液凝结时间显著缩短。同时，通过兔肝缺损实验发现，相较于市面上销售的各种止血剂，QHM 能够较好控制失血量，还能实现与优异细胞的相互兼容及对抗菌活性的显著提升，在体内全厚度皮肤缺损模型中也能够加速伤口的愈合速度。Gao 等39研发一种羧化褐藻纤维素纳米纤维（arboxylated brown algae cellulose nanofibers，BACNFs）冷冻干燥制备而成的海绵，该海绵具有较为突出的纵横比效果及较强的吸水能力和高孔隙率，bacnfs 的具体制作过程为用海绵迅速吸收伤口渗出液，随后在有机累托石中插入具有较强抗菌功效的季铵化-甲壳质，可充分发挥静电功效，获取复合悬浮液（quaternized-chitin rectorite，QCR），最后在悬浮液中置入 BACNFs 海绵，在氢键、静电的共同作用下与 QCR 结合，即可获得冷冻干燥制得复合海绵（BACNFs/QCRs）。通过大鼠断尾实验发现，BACNFs/QCRs 快速止血功效显著，且止血效果明显高于传统 CS 止血材料。此外，BACNFs/QCRs 能够帮助血管新生、胶原蛋白合成，促进伤口愈合。这种由全天然物质制成的多功能生物医学材料在用于止血、抗菌以及伤口愈合方面具有良好的潜力。3 结语综上所述，无论是日常生活还是战争特殊时期，不可控的大量失血导致的并发症均非常容易增加患病率与死亡率。一旦遭遇不可控止血问题，采取传统的止血手段，不仅无法实现快速有效止血，也容易引起伤口感染等问题。在全球共识下，各国都在加速研发新型快速止血材料，且将生物可降解性、生物相容性、优异止血功效、无不良反应、使用方法简单方便等作为主要目标。目前，针对快速止血材料已经取得阶段性成果，但大部分新型快