化學家開發(fā)納米級生物可吸收傷口敷料

德克薩斯A&M大學的科學家正在利用基于有機納米材料的化學和甲殼類動物外骨骼中的天然產(chǎn)物的綜合力量，幫助急救醫(yī)學從醫(yī)院到戰(zhàn)場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年在美國排名第四，總成本為6,710億美元。與來自埃及Assiut大學的合作者的跨學科團隊合作，德克薩斯A&M化學家Karen Wooley的研究小組開發(fā)了一個生物可吸收傷口敷料，建立在已經(jīng)證實的殼聚糖(一種廣泛用于商業(yè)傷口敷料的天然材料)的血液流動特性的基礎上- 通過納米級納米級來提高其有效性和影響。

Wooley的團隊由德克薩斯A&M化學博士領導。學生和美國宇航局太空技術(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，”服務的萊昂哈特說。作為團隊論文的第一作者。“ 我們開發(fā)的復合材料具有延展性，可以很容易地施用于傷口部位。它們在減少失血量和在幾種動物中對市售生物可吸收傷口敷料實現(xiàn)止血所需的時間方面也表現(xiàn)得更好?？?。”

除Leonhardt外，團隊成員還包括Texas A&M材料科學與工程博士。學生娜莉康; Mahmoud Elsabahy博士，德克薩斯A&M合成生物相互作用實驗室助理主任，Al-Rajhy肝臟醫(yī)院Assiut納米醫(yī)學臨床中心主任; 以及醫(yī)學院內(nèi)外科教授Mostafa A. Hamad博士。

Elsabahy認識到，雖然殼聚糖在這種敷料中是理想的選擇，因為它已被證明有效減緩血液流動，并且因為它提供了額外的抗菌性能，它還具有結(jié)塊的傾向，使其難以摻入生物可吸收材料中。該團隊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 - 設計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。在冷凍干燥所得復合材料后，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道的殼聚糖纖維小得多，它們也是非常理想的，因為相應的表面積增加預計會大大增強止血效果，”Elsabahy說，他構(gòu)思了該項目。“我們相信這項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殼聚糖作為止血技術(shù)的范圍。”

迄今為止，該團隊已將他們的復合傷口敷料應用于大鼠，兔子和豬的肝損傷，測量失血量，止血時間和每種情況下的平均動脈壓以測量有效性。敷料也被植入肝臟并在七天后成像以評估復合材料的生物降解。在任何設置中都沒有觀察到殘留物。

“在出血的前24小時內(nèi)，出血導致超過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險 - 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)時間用于外科手術(shù)。“

Wooley打算將這項初步工作擴展到模擬致命性出血情景的研究中的材料評估，然后進行臨床試驗。此外，她希望進行未來的基礎研究，以進一步探索模板支架內(nèi)殼聚糖納米纖維形成的機制，目的是最終實現(xiàn)對組件的控制，以便能夠調(diào)整和優(yōu)化傷口敷料的最終形態(tài)。