不可控的出血和傷口感染在臨床手術(shù)中時有發(fā)生，易對患者造成致命的威脅。相較傳統(tǒng)的手術(shù)縫合和機(jī)械固定，醫(yī)用粘合劑操作簡便、即時有效，是時代發(fā)展的必然產(chǎn)物。然而，目前商業(yè)化的醫(yī)用膠粘劑存在生物相容性差和動態(tài)濕粘合性弱等不容忽視的缺陷，開發(fā)具有高性能的醫(yī)用膠粘劑仍然迫在眉睫。
近日，華中科技大學(xué)國家納米藥物工程技術(shù)研究中心趙彥兵教授課題組、電氣學(xué)院聶蘭蘭老師與武漢大學(xué)口腔醫(yī)院張玉峰教授課題組三方合作，利用一種綠色環(huán)保的新型電化學(xué)技術(shù)——輝光放電等離子體（GDEP）技術(shù)制備了貽貝殼聚糖水凝膠，使其具有較高的力學(xué)強(qiáng)度和長期的動態(tài)組織粘附性，可用作快速止血的傷口愈合敷料。
圖1.CS-GA水凝膠的合成路線及其在傷口愈合中的應(yīng)用
GDEP在放電過程中能夠產(chǎn)生大量的反應(yīng)活性較高的反應(yīng)中間體（如H·、·OH、1O2、O2-等），從而在不使用任何有毒試劑和催化劑的情況下可以高效地進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。本研究首次利用GDEP法在不添加其他化學(xué)試劑的情況下實(shí)現(xiàn)了沒食子酸在殼聚糖主鏈上的可控接枝，并且合成的CS-GA表現(xiàn)出優(yōu)異的抗氧化性能。
圖2. CS-GA結(jié)構(gòu)表征和抗氧化活性研究
該水凝膠具有良好的可塑性、自愈合性能、高力學(xué)性能和良好的組織粘附性，在實(shí)際應(yīng)用中具有優(yōu)異的順應(yīng)性。通過搭接剪切試驗(yàn)測定CS-GA-3與豬皮組織作用30 min的粘附強(qiáng)度可達(dá)84.65 ± 1.67 kPa。
圖3. CS-GA水凝膠的力學(xué)性能和生物粘附性評價
抗菌實(shí)驗(yàn)證明CS-GA水凝膠對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均有明顯的抑制效果，且隨著抑菌效果隨沒食子酸接枝量的提高而顯著增強(qiáng)。CS-GA水凝膠處理的培養(yǎng)皿中幾乎沒有菌落生長，顯示出高度協(xié)同的抗菌效果，有望發(fā)展為一種廣譜抗菌水凝膠敷料。
圖4. CS-GA的體外抗菌作用評價
通過SD大鼠全層皮膚缺損模型比較了CS-GA水凝膠和商業(yè)化明膠海綿的促進(jìn)傷口愈合能力。結(jié)果表明，與臨床使用的傷口敷料明膠海綿相比，生物粘合劑CS-GA水凝膠由于具有快速粘附、無需外部壓力輔助傷口和抗菌等性能，更易于傷口修復(fù)。
圖5. 體內(nèi)傷口愈合評估
通過SD大鼠肝穿刺出血模型來進(jìn)一步評估CS-GA的止血效果，結(jié)果表明CS-GA海綿在無需外力輔助按壓的情況下能夠在損傷部位快速粘附密封止血，在止血密封領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展空間。
圖6. CS-GA止血性能評價
綜上所述，本研究開發(fā)了一種將GA接枝到CS上的新的綠色方法，以制備生物安全的多功能CS水凝膠。這是首次報道放電等離子體技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)多糖-大分子酚酸的接枝。輝光放電等離子體是一種罕見、綠色、高效的方法，不需要催化劑和引發(fā)劑，工藝設(shè)備簡單，操作方便。用該方法制備的水凝膠具有良好的抗氧化性能、較高的生物相容性和血液相容性。此外，該水凝膠可以在濕潤的組織中實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的粘連，提供抗菌和止血性能，并促進(jìn)傷口愈合，為多功能生物醫(yī)用粘合劑的開發(fā)提供了更多的可能性。
以上研究成果近期以“Bio-Adhesive Catechol-modified Chitosan Wound Healing Hydrogel Dressings through Glow Discharge Plasma Technique”為題，發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130843
