Жидкость

Sep 26, 2023

Nature Communications, том 13, номер статьи: 5035 (2022) Цитировать эту статью

8705 Доступов

17 цитат

130 Альтметрика

Подробности о метриках

Несжимаемое кровотечение является нерешенной клинической проблемой, которая является причиной высокой смертности при травмах. Быстрый поток крови под давлением при кровотечении нарушает функцию и целостность кровоостанавливающих средств и адгезию биоадгезивных герметиков. Здесь мы сообщаем о разработке и характеристиках биоинспирированных микроструктурированных биоадгезив, образованных из макропористого жесткого ксерогеля, наполненного функциональными жидкостями. Ксерогель может быстро поглощать межфазные жидкости, такие как цельная кровь, и способствовать свертыванию крови, в то время как введенные жидкости облегчают межфазное соединение, герметизацию и антибактериальную функцию. Их синергия позволяет биоадгезивам образовывать прочную адгезию на тканях человека и свиньи ex vivo и различных инженерных поверхностях без необходимости сжатия, а также мгновенное удаление по требованию и стабильность при хранении. Мы демонстрируем значительно улучшенную гемостатическую эффективность и биосовместимость у крыс и свиней по сравнению с неструктурированными аналогами и коммерческими продуктами. Эта работа открывает новые возможности для разработки биоадгезивов и гемостатических герметиков.

На неконтролируемые кровотечения приходится более 30% смертей от травм1,2. Несмотря на огромные исследовательские усилия, остаются серьезные проблемы в лечении несжимаемых и глубоких узких кровоизлияний, которые представляют собой быстрый поток крови под давлением из участков раны3,4. Распространенные стратегии, основанные на использовании только гемостатических агентов, таких как тромбин и каолин, для улучшения свертывания крови, ограничены низкой скоростью свертывания и коагулопатией5. Альтернативными стратегиями являются биоадгезивные герметики, которые физически блокируют место кровотечения6,7,8,9,10. Удаление межфазной жидкости имеет решающее значение для формирования адгезии и герметизирующих свойств биоадгезивов11. Однако существующие биоадгезивы медленны и неэффективны в удалении быстро находящейся под давлением крови на границе раздела из-за их не- и нанопористой структуры12,13. Ситуации в пунктах оказания медицинской помощи и отделениях неотложной помощи предъявляют и другие требования, такие как простота использования и стабильность хранения, которые часто упускаются из виду1. Решение этих проблем требует разработки новых конструкций и материалов для несжимаемых кровоизлияний.

В природе некоторые морские организмы прикрепляются к биозагрязненным поверхностям с помощью клеев с микроструктурной архитектурой и пропитанной жидкостью. Примеры включают бляшки мидий с микропористой структурой14 и плоских червей с железистыми каналами для хранения и доставки клейких жидкостей (рис. 1а)15. Эти микроструктурированные биоадгезивы контрастируют с клинически используемыми биоадгезивами, такими как цианоакрилат, фибриновые клеи и биоадгезивы на основе гидрогеля, у которых отсутствуют пористые структуры и инфильтрированная жидкость12,16. Клеи на основе катехина, вдохновленные мидиями, образуют умеренную адгезию во влажном состоянии, но также не имитируют пористые структуры14. Эти неструктурированные/однородные конструкции позволяют избежать утечек и улучшить герметизацию, но, в свою очередь, ограничивают способность поглощать межфазную жидкость и манипулировать ею. Такое ограничение вредно в условиях кровотечения, поскольку быстрая кровь под давлением может вымывать кровоостанавливающие агенты и разрушать любые плохо сформированные сгустки крови, которые по своей природе являются хрупкими17,18,19. Хотя межфазные жидкости ингибируют адгезию материалов, неструктурированные биоадгезивы не могут быстро удалить эти жидкости из-за медленного процесса диффузии и большого количества компонентов крови, даже если используется сухая матрица и/или гидрофобная отталкивающая жидкость8,20. Таким образом, поглощение и сопротивление потокам крови под давлением имеет решающее значение для гемостатических технологий при лечении несжимаемых кровотечений.

Схематическое изображение морских организмов, содержащих взаимосвязанные микропоры, обеспечивающие адгезию и транспортировку жидких реагентов. b Схема прилипания LIMB к субстратам, подвергшимся воздействию крови. c Схема, показывающая, что LIMB может поглощать межфазную жидкость, выделять функциональные жидкости и свертывать кровь, обеспечивая тем самым адгезионную, гемостатическую и герметизирующую функцию. d Конфокальное изображение меченного родамином LIMB (красный), содержащего микропоры, частично заполненные функциональной жидкостью хитозана, меченной FITC (зеленый). д Размеры поверхностных и внутренних пор в ЛИМБ, содержащем 2 М или 5 М ПААм. f – h Кривые растяжения-напряжения (f), энергии разрушения (g) и фрактокогезионной длины (h) LIMB с различным содержанием ПААм. Значения в e, g, h представляют собой среднее значение ± стандартное отклонение (n = 40 для 2M-LIMB Surface; 20 для 2M-LIMB Internal; и 30 для 5M-LIMB Surface и Internal в e; n = 4 в g, h; эксперимент был повторен три раза независимо с аналогичными результатами для d).