各位读者大家好，今天分享的文献是来自福州大学周天华团队、黄淑萍团队、温娜团队发表在《Adv. Funct. Mater.》上的名为《Bio-Inspired Self-Healing Hydrogel for Fast Hemostasis and Accelerated Wound Healing of Gastric Ulcers》的文章。

Part.1/背景

胃溃疡是一种广泛的消化系统疾病，有许多致命的并发症。因此，迫切需要开发简单有效的止血生物材料，促进胃溃疡快速止血和伤口愈合。愈合胃溃疡的关键第一步是止血。与传统材料和止血剂相比，肽基生物材料提供更安全、更有效的止血能力，并促进愈合。凝血酶C端肽TCP-25（蛋白序列：GKYGFYTHVFRLKKWIQKVIDQFGE）是在人体伤口中发现的一个内源性凝血酶肽序列。因此，将活性TCP-25凝血酶肽与具有显著生物相容性和易于制备的被动止血剂结合，可以获得具有优良性能的止血剂。水凝胶以其相互连接的多孔结构，已成为新一代生物医用软材料，水凝胶的多孔结构在固定TCP-25凝血酶肽、防止爆发释放以及通过与水分子相互作用维持其生物活性方面起着至关重要的作用。此外，多孔结构还可以快速吸收水或血液。同时，水凝胶作为一种物理屏障，也可以促进止血栓的形成。

Part.2/设计思路

研究团队从人体天然肽防御机制中获得灵感，引入了两种可注射的生物相容性水凝胶，以TCP-25肽为靶向剂。这些水凝胶含有不同的凝胶因子，在≈8.0 s内表现出胃溃疡的快速止血和伤口愈合。水凝胶由羧甲基壳聚糖（CMCs）与醛化黄原胶（XG-CHO）或氧化魔芋葡甘聚糖（OKGM）以及TCP-25肽之间的希夫碱反应形成的动态交联网络组成。本研究制备的水凝胶具有快速凝胶化、自愈特性、高溶胀能力和优异的生物相容性，使其适合临床注射过程中的原位凝胶化，可以有效地实现急性或慢性出血性胃溃疡的止血，同时抑制细菌生长，促进胃伤口愈合。（方案1）

方案1. 水凝胶制备及治疗胃溃疡止血、抗菌、伤口愈合的示意图

Part.3/研究内容

TCP-25肽水凝胶的制备及理化性质研究

将不同体积的凝胶因子（XG-CHO或OKGM）添加到剂量为0.1% TCP-25肽的CMC中，得到一系列TCP-CX和TCP-CO水凝胶。此外，用含有XG-CHO或OKGM的CMC获得了不含TCP-25肽的水凝胶，分别命名为CX和CO。在XG-CHO体积为1000 µL时，TCP-CX的凝胶时间最短（≈9 s），在OKGM体积为900 µL时，TCP-CO的凝胶时间最短（≈8 s）。与其他报道的水凝胶相比，TCP-25肽水凝胶的凝胶时间相对较短。为了确定合成的水凝胶中TCP-25肽包封的有效性，研究团队获得了在所有实验条件下的荧光发射光谱，而对照样品的发射光谱中没有发射峰，同时，TCP-CX和TCP-CO肽凝胶的发射光谱分别在316和321 nm处有本征荧光发射峰。这表明TCP-25肽成功地结合到两种水凝胶中。冻干水凝胶的扫描电镜图像显示，所有样品都表现出高度多孔的网络结构。独特的多孔结构和孔壁的粗糙度可以作为分子筛，使其具有很强的吸收血液并凝血=的能力。（图1）

图1. TCP-25肽水凝胶的制备及理化性质研究

TCP-25肽水凝胶的体外降解、溶胀率及生物黏附试验

在模拟胃液中，TCP-CX和TCP-CO水凝胶比在中性环境中表现出更高的降解率。由于胃内容物运动引起的剪切应力会影响生物材料的持久性，因此是否具有高生物粘附性对于修复胃肠道溃疡的生物材料至关重要，TCP-CO和TCP-CX水凝胶对猪皮的粘附强度分别为27±1.0和20±0.8 kPa，其中TCP-CO水凝胶的粘附强度更强。TCP-CO和TCP-CX水凝胶表现出柔韧性，可以扭曲和压缩，在48小时内表现出超快的形成和对组织表面的粘附。通过对浸泡在模拟胃液中48小时的湿润的猪皮肤组织的长期粘附测试，进一步测量了对天然湿组织的粘附。TCP-CO和TCP-CX水凝胶具有优异的柔韧性、柔软性、恢复性和抗疲劳性，可以通过与胃组织表面的氨基形成席夫碱键实现组织粘附。（图2）

图2. TCP-25肽水凝胶的体外降解、溶胀率及生物黏附试验

TCP-25肽水凝胶的抗菌活性和生物相容性

溶血实验结果表明，TCP-25肽水凝胶的溶血率小于3%，这与肉眼染色结果一致。这表明TCP-25肽水凝胶具有良好的血液相容性。此外，采用标准分离物对TCP-25肽水凝胶的抗菌活性进行了评价。TCP-25肽水凝胶比CMC处理或不含TCP-25肽的水凝胶具有更高的抗菌活性。TCP-25肽已被证明可以抑制细菌生长并阻断细菌进入生物体，从而在免疫防御中发挥关键作用。为了评估TCP-25肽水凝胶的生物相容性，在CCK-8法培养NIH-3T3细胞后，测量了水凝胶存在下的细胞活力。与NIH-3T3细胞共培养时，不同浓度的水凝胶均表现出良好的细胞相容性，相容性均超过90%。结果表明，两种TCP-25肽水凝胶均具有良好的促进细胞增殖的作用和良好的生物相容性。（图3）

图3. TCP-25肽水凝胶的抗菌活性和生物相容性

大鼠局部创面模型和即刻感染模型的体内创面愈合性能

为了确定TCP-25肽水凝胶的快速凝胶化是否有助于伤口愈合，研究团队将水凝胶应用于大鼠的伤口。治疗4天后，未治疗组伤口无明显变化。相反，伤口表现出炎症的迹象，伤口周围有脓液，这阻碍了伤口愈合。与未治疗组相比，缝合组在第2天愈合明显。然而，在缝合愈合过程中疤痕的形成是明显的，这些大鼠在伤口部位表现出明显的凸起，直到它发展成类似蜈蚣的疤痕。相反，用TCP-25肽水凝胶处理的大鼠伤口显示出一定程度的愈合，第1天TCP-25肽水凝胶处理的大鼠伤口没有发生炎症的迹象。第2天，TCP-CX和TCP-CO肽水凝胶的治愈率分别为94%和97%，高于未治疗组和缝合组。利用金黄色葡萄球菌即刻感染模型进一步评估TCP-25肽水凝胶的抗菌活性。对照组创面出现大量脓性渗出物，感染和炎症程度在第3天发生变化。伤口感染程度逐渐增加，并在随后几天内显著愈合。值得注意的是，TCP-25肽水凝胶组的大鼠比其他组的大鼠表现出更高的愈合率，并且这些大鼠在治疗后没有发生感染。发现TCP-25肽水凝胶可以抑制炎症反应。此外，在金黄色葡萄球菌感染大鼠模型中，TCP-CX和TCP-CO肽水凝胶的伤口愈合百分比分别增加到80.23%和90.87%。这些发现共同表明，TCP-25肽水凝胶已被证明在促进伤口愈合过程的同时有效抑制炎症过程。（图4）

图4. 大鼠局部创面模型和即刻感染模型的体内创面愈合性能

TCP-25肽水凝胶的体内外止血性能

体外全血凝血是一种常用的方法来评估止血剂。因此，TCP-CO和TCP-CX肽水凝胶启动凝血的能力通过肝素化大鼠全血来评估。对照组大鼠凝血时间超过7 min，而TCP-CO和TCP-CX水凝胶的凝血时间小于1 min。这一结果比CaCO3、CO和CX水凝胶中观察到的要短。结果表明，包被TCP-25肽水凝胶的孔明显加快了血凝块的形成速度。对照组和CaCO3组的血液在离心管中倒置1 min后没有自发凝固，仍处于流体状态。观察到血液在TCP-25肽水凝胶的反向状态下凝固并保持其形状。结果表明，与CaCO3形成止血屏障膜相比，TCP-25肽水凝胶具有更好的体外凝血性能。急性或慢性胃溃疡出血的处理取决于这种药物的施用。在大鼠肝损伤模型中评估水凝胶的止血效果。TCP-CX肽水凝胶止血时间最短，TCP-CX水凝胶处理也使总失血量显著减少。此外，TCP-CX水凝胶的失血量最低。TCP-CO水凝胶的止血时间明显短于对照组。CMC水凝胶与TCP-25肽的协同作用可有效止血。（图5）

图5. TCP-25肽水凝胶的体内外止血性能

TCP-25肽水凝胶在乙醇诱导大鼠胃溃疡模型中的体内止血和愈合性能

胃溃疡可导致出血，这对止血治疗提出了重大挑战。采用乙醇诱导的大鼠胃溃疡模型，在体内评估TCP-25肽水凝胶的止血和伤口愈合性能。TCP-25肽水凝胶术后溃疡临床评分最低，分别为8分和10分。此外，TCP-25肽水凝胶在24 h内达到92%的胃溃疡抑制率，优于注射奥美拉唑的临床效果。分析四组胃溃疡出血模型实验组织的组织学差异，进一步证实TCP-25肽水凝胶的愈合效果。9 h后，空白组大鼠胃粘膜上皮细胞大量坏死或出血。伴有明显的炎症细胞浸润中性粒细胞，占整个粘膜层的4/5。在奥美拉唑组，只有2/3的粘膜层由中性粒细胞组成。随后，在给药后24 h，空白组和奥美拉唑组均发现病变加重，几乎扩展到整个粘膜层，并发生粘膜脱落。TCP-25肽水凝胶组大鼠胃粘膜上皮细胞少量坏死出血。伴中度炎性细胞浸润，仅占总粘膜层的1/3。随后，24 h后整个粘膜层基本修复，TCP-25肽水凝胶组仅观察到少量红细胞和炎症细胞。（图6）

图6. TCP-25肽水凝胶在乙醇诱导大鼠胃溃疡模型中的体内止血和愈合性能

Part.4/总结

研究团队开发了两种基于人体内源性肽防御系统的新型可注射自愈型TCP-25肽水凝胶，凝胶速率快。优越的注射能力和快速凝胶使其适用于临床注射过程中的原位凝胶。此外，良好的自愈性能和高膨胀能力赋予了独特的胃肠道微环境的适应性。体外和体内实验均证实了TCP-25肽水凝胶的有效性，对标准菌株和临床分离的多重耐药菌株均有较高的疗效。TCP-25肽水凝胶在简单输送到胃后显示出对胃溃疡出血的止血和粘膜愈合能力。体内止血研究表明，与奥美拉唑药物相比，TCP-25肽水凝胶具有快速止血、胃溃疡止血和伤口愈合的优势。

https://doi.org/10.1002/adfm.202411959

DOI

10.1002/adfm.202411959

来源：TheDream Group 则君课题组