深部创伤大出血——战场上致死率高达90%以上，交通事故、肝脾破裂、枪伤爆炸伤，止血黄金时间只有几分钟。传统纱布填不住，压迫够不着，液体凝胶被血冲走……外科医生最怕的，就是这类“按不住、填不满、止不了”的出血。
上海交大、浙大和新国大的科学家从人体自身的“DNA陷阱”（中性粒细胞胞外陷阱，NETs）中找到灵感：用一条鲑鱼精DNA和一支交联剂，造出一张能 吸水470倍自重 、 5秒粘住湿肝脏 、还能 激活FVII-PLCγ2凝血信号通路 的“DNA创可贴”。更意外的是，它降解后不用二次取出，反而促进 毛囊和皮脂腺全层再生 。
这项发表于 Nature Communications 的研究，为深部不可压迫性出血提供了“物理填塞+化学粘附+仿生促凝+促愈合”一体化的全新材料策略。
一、临床痛点：深部不可压迫性创伤止血的困局
严重创伤性出血是战伤、交通事故及重大外科手术中的首要致死原因。传统止血手段——外科缝合、止血带、物理压迫——对深部不可压迫性创伤（deep non-compressible trauma）往往束手无策。这类伤口具有空间受限、出血量大、血管网络复杂的特点，常规方法难以快速建立有效止血界面。
现有止血材料的短板同样突出：
预凝胶液体：虽能快速填充伤口，但在高速血流冲刷下凝胶化速度滞后，易被稀释至临界凝胶浓度以下而失效
海绵/纱布敷料：吸水能力有限，无法对深部腔隙实现有效填充和压迫
沸石类材料：吸水放热，存在组织热损伤风险
因此，开发兼具高溶胀性、强湿组织粘附性、仿生促凝机制且兼顾后续愈合过程的止血材料，是创伤医学领域的迫切需求。
二、仿生逻辑：从NETs到DNAgel的设计思路 2.1 灵感来源——中性粒细胞胞外陷阱（NETs）
NETs是中性粒细胞在炎症/损伤部位释放的胞外DNA纤维网状结构，结合组蛋白及多种颗粒蛋白，构成促凝微环境。关键发现表明：即使去除纤维蛋白，NETs-DNA网络本身仍足以形成稳定血栓（Fuchs et al., PNAS 2010）。这揭示了DNA作为生物材料骨架在止血中的天然优势：
生物相容性：DNA为天然生物大分子，免疫原性低
结构适配性：网络孔隙可有效减缓血流、截留血细胞
功能协同性：DNA负电荷表面可富集凝血因子、激活血小板
基于上述仿生理念，研究团队以商业化鲑鱼精DNA为原料，通过PEGDA化学交联构建三维DNA水凝胶网络（DNAgel），实现以下四大功能整合：高溶胀吸水（利用多孔亲水网络快速吸收血液、填充深部腔隙）；湿组织粘附（DNA磷酸基团与组织形成氢键/静电作用，即时封闭创面、物理阻断血流）；仿生促凝（模拟NETs为血细胞提供粘附支架，激活内源性凝血级联）；可生物降解（DNA长链体内酶解为核苷酸，无需二次取出、降低感染风险）。
图1 | PEGSD/GTU水凝胶制备的示意图。
三、材料制备与理化表征 3.1 合成路线
采用氮杂-迈克尔加成反应（aza-Michael addition）：DNA核苷酸的胺基（-NH₂）与PEGDA末端的丙烯酸酯基团反应，形成稳定共价交联的三维网络。配方参数：6 wt%鲑鱼精DNA溶于0.127 M NaOH，按质量/体积比2:1加入PEGDA（Mn=575），37°C反应1小时完成凝胶化。
3.2 关键表征数据
微观结构：SEM显示DNAgel具有多孔互联网络结构，孔径分布适合细胞截留和液体传输。
流变学性能：储能模量G′在低应变范围（0.1–10%）始终高于损耗模量G″，呈典型固体样弹性行为；临界应变点约193%，超过此值凝胶坍塌。由于体内生理应变通常不超过10%，DNAgel在生理环境下可维持结构稳定。
亲水性：接触角测试显示水滴在90秒内完全铺展并被吸收，亲水性优异。
溶胀行为：DNAgel在去离子水中可吸收高达自身干重470倍（血液中吸水倍率略低，但仍显著优于GS），8小时达溶胀平衡。关键特性在于三维各向同性膨胀——在模拟深部伤口的细长狭窄管腔中，DNAgel能自适应填充整个空间，为“填塞止血”提供结构基础。
可加工性：可通过掩模切割、宏观/微观模具成型，制备不同形状和尺寸的DNAgel，满足临床个性化需求。
图 2 | PEGSD和GTU聚合物的表征。
四、湿组织粘附性能：即时封闭的关键 4.1 粘附机制
DNAgel接触湿/出血组织时，DNA链上丰富的负电荷磷酸基团发挥双重作用：第一，快速吸收界面水分，拉近凝胶-组织距离；第二，与组织表面形成氢键和静电相互作用，实现瞬时粘附。
4.2 定量力学数据
力学测试结果显示，DNAgel的剪切粘附强度为5.29 ± 0.80 kPa，显著高于空白对照（接近0），且略高于临床组织粘合剂GelMA；其90°剥离界面韧性达到168.56 ± 6.82 J/m²，远高于空白对照，与GelMA（约150 J/m²量级）相当或略优。
4.3 体内粘附验证
大鼠肝脏表面实验：DNAgel轻压5秒即可实现牢固粘附，抵抗外力牵拉。7天后完全降解消失，证实良好的体内生物降解性。
图3 | 物理双网络水凝胶的性质。
五、体外促凝性能与生物相容性 5.1 红细胞与血小板粘附行为
SEM观察：DNAgel组中，红细胞（完整但皱缩）在凝胶表面密集粘附堆积；血小板呈现伪足伸展（激活态特征）；表面可见大量纤维蛋白沉积。而明胶海绵（GS）组中，红细胞和血小板穿透海绵孔隙，光滑表面粘附稀少，纤维蛋白量少。
CLSM三维成像：红细胞（自发红色荧光）和血小板（CD61-FITC绿色荧光）在DNA网络（Hoechst蓝色荧光）表面均匀分布、空间共定位，证实DNA网络作为细胞粘附支架的功能。值得注意的是，淋巴细胞、单核细胞等凝血无关细胞几乎未被富集，显示选择性富集效应。
5.2 凝血指数（BCI）与体外凝血时间
BCI越低表示凝血效果越好。空白对照组的BCI接近100%（无凝血），明胶海绵（GS）组为28.82 ± 0.75%（中等促凝），而DNAgel组仅为5.76 ± 1.57%，凝血能力显著优于商用明胶海绵。DNAgel组在10分钟内即可实现血液凝固。
5.3 生物相容性
细胞毒性：WRL68人正常肝细胞与DNAgel条件培养基共培养48小时，细胞活力与对照培养基无显著差异。溶血率：不同浓度DNAgel（1–8 mg/L）与PBS阴性对照无显著差异，血液相容性优异。
图4 | PEGSD2/GTU5.0水凝胶的自愈行为。
六、体内止血性能：三类出血模型的系统验证 6.1 大鼠尾横断模型（表浅出血）
对照组失血0.97 ± 0.3 g，纱布完全浸透；GS组失血0.36 ± 0.07 g；而DNAgel组失血仅0.04 ± 0.02 g。DNAgel较GS降低失血87.7%。
6.2 大鼠股动脉损伤模型（动脉高压喷射出血）
对照组三块纱布完全浸湿，出血汹涌；GS组按压30秒后移除止血钳，血液仍喷涌而出；而DNAgel组包裹后即使移除外力，仍牢固粘附于动脉破口，有效阻止血液外溢，失血量仅0.33 ± 0.11 g，显著优于GS和对照。
6.3 大鼠肝脏穿刺模型（富血管脏器深部出血）
肝脏为血供最丰富的实质脏器，模拟深部不可压迫性出血。对照组失血5.87 ± 0.36 g，GS组失血2.07 ± 0.47 g，而DNAgel组失血仅为0.66 ± 0.32 g。腹腔灌洗液OD值（Fig. 5d）以DNAgel组最低，定量证实失血最少、止血速度最快。
图5 | 水凝胶的光热抗菌效果。
七、止血分子机制：从细胞表型到信号通路 7.1 血小板激活状态（流式细胞术）
CD62P（P-选择素）阳性率是血小板激活的金标准标志。在富血小板血浆中，TRAP-6阳性对照为90.23 ± 0.29%，DNAgel组高达85.26 ± 0.32%，显著高于GS组（78.73 ± 3.81%）、DNA水溶液（66.73 ± 1.36%）和未处理组（4.93 ± 3.01%）。在全血中，DNAgel组仍达到71.23 ± 0.81%，接近TRAP-6阳性对照（78.73 ± 0.44%）。这表明三维凝胶结构对血小板激活具有协同增强效应。
7.2 结构效应 vs 化学效应：三维网络的关键作用
游离DNA水溶液（DNA aq）虽含相同化学组分（浓度6 mg/mL，与DNAgel中DNA初始浓度一致），但缺乏三维网络结构，无法有效截留和浓缩血细胞。DNAgel与DNA aq的显著差异证实，三维多孔骨架的物理富集作用是促凝的关键——这与NETs在生理止血中的“DNA支架”功能高度一致。具体而言，DNA aq组CD62P阳性率仅66.73%，PAC-1阳性率仅1.43%；而DNAgel组上述指标分别提升至85.26%和11.20%。结论：止血效果不仅来自DNA化学性质，更依赖于凝胶结构对血细胞的物理截留、浓缩和界面富集。
7.3 GPIIb/IIIa构象变化（PAC-1抗体）
PAC-1识别GPIIb/IIIa复合物的高亲和力活化构象。DNAgel组PAC-1阳性率为11.20 ± 0.17%，显著高于GS组（5.05 ± 0.25%）、DNA水溶液（1.43 ± 0.09%）和未处理组（0.97 ± 0.14%），证实DNAgel可诱导GPIIb/IIIa从低亲和力态向高亲和力态转化，促进血小板聚集。
7.4 转录组学揭示的分子通路（RNA-seq）
DNAgel vs GS差异表达基因分析显示，显著上调的促凝相关基因包括：F5（凝血因子V）、PLCG2（磷脂酶Cγ2）、Vav2/Vav3（鸟苷酸交换因子）、Dgka（二酰甘油激酶α）。qPCR和Western blot验证了PLCG2、Vav2、Vav3蛋白表达水平一致上调。凝血因子活性检测显示，DNAgel处理血浆中活化FVII（FVIIa）和凝血酶含量均升高。GSEA通路富集分析表明，血小板形成、血小板聚集、血小板激活三条KEGG通路均显著富集。
7.5 信号通路整合模型
DNAgel触发的凝血级联可归纳为四个阶段。启动阶段：DNAgel负电荷表面激活FSAP（因子VII激活蛋白酶），进而激活凝血因子VII，初始凝血信号触发。基因表达阶段：F5、PLCG2、Vav2、Vav3等基因显著上调，纤维蛋白原转化为纤维蛋白，结合血小板膜GPIIb/IIIa。细胞内信号转导包含两条通路：通路一为SFK → SYK → SLP76/LAT/Btk/Vav复合物 → PLCγ2激活（类似GPVI-ITAM信号通路）；通路二为SFK → c-Src磷酸化 → RhoA GTPase调控。效应阶段：血小板α颗粒、致密颗粒、溶酶体释放，凝血级联广泛放大，形成稳定血栓。核心结论：DNAgel不仅通过物理截留富集红细胞和血小板，更通过FVII信号轴主动加速血凝块成熟，实现“物理+生物”双重止血。
图6 | 抗氧化剂和按需去除的水凝胶。
八、伤口愈合评估：从止血到再生的闭环 8.1 宏观愈合进程
全层皮肤缺损模型（1 cm直径，SD大鼠背部）。Day 0时DNAgel组伤口面积为91.71 ± 1.50 mm²。至Day 3，DNAgel组伤口面积缩小至45.06 ± 4.37 mm²，愈合率达到50.91 ± 4.00%。Day 5持续缩小，Day 7基本闭合，至Day 10接近完全愈合，愈合率高达99.33 ± 0.14%。DNAgel组愈合速度全程优于对照组和GS组。
8.2 组织学深度分析
Day 7（DNAgel组伤口闭合时间点）：对照组和GS组可见大量炎症细胞浸润，新生表皮稀少，愈合延迟；而DNAgel组仅少量中性粒细胞，可见新生血管、再生表皮、毛囊原基、基底膜胶原沉积。
Day 10（DNAgel组全层再生时间点）：对照组和GS组伤口仍开放，炎症持续，瘢痕倾向明显；而DNAgel组皮肤结构完全再生，表皮厚度接近正常组织，毛囊和皮脂腺结构完整。
胶原评估：Masson三色染色和Sirius Red染色显示DNAgel组胶原沉积更丰富、排列更有序。定量分析表明，DNAgel组伤口长度更短、炎症细胞更少、胶原占比更高、毛囊数量更多。
8.3 体内降解与代谢整合
DNAgel在2–3天内完全降解，无需二次手术取出。主要脏器H&E染色未见异常，全身生物安全性良好。降解产物（核苷酸）可被快速分裂的愈合细胞同化利用，实现“材料-组织”的代谢整合。
图7 | 水凝胶的组织粘合性和生物相容性。
九、多维优势解析：DNAgel的四大协同机制
DNAgel的止血与愈合效果源于四大协同机制。物理止血通过高溶胀填充和压迫实现吸收血液、堵塞腔隙、机械压迫血管；界面封闭通过即时湿粘附密封创面、防止细菌侵入，类似缝合效果；仿生促凝利用DNA支架富集血细胞，模拟NETs浓缩凝血组分、激活血小板；生物放大通过FVII-PLCγ2信号轴上调促凝基因、加速纤维蛋白网络成熟。
十、与现有技术的对比定位
与原位交联水凝胶相比，DNAgel为预交联，即拿即用，无需混合或紫外照射，避免了现场配制困难和紫外线的DNA损伤及细胞毒性风险。与自膨胀聚氨酯泡沫相比，DNAgel无放热反应，生物相容性优，且DNA可降解，而聚氨酯泡沫吸水放热导致组织热损伤且不可降解需二次取出。与纳米凝胶相比，DNAgel的孔径适配血细胞通过，不分离血浆与血小板；而纳米凝胶孔隙过小会阻碍红细胞通过，减慢凝血进程。与商用明胶海绵（GS）相比，DNAgel在溶胀性、粘附力、促凝效率、降解性方面全面优于GS。
十一、临床应用场景展望
在战创伤现场急救中，DNAgel为干态预交联，便携存储，无需冷链或现场配制，而原位凝胶需混合/光照，战地条件难以满足。在腹腔镜/内镜下止血中，DNAgel干态可压缩，经狭窄穿刺通道送入后原位膨胀，而膨胀海绵尺寸受限，难以通过trocar通道。在肝脾破裂填塞止血中，DNAgel各向同性膨胀，自适应不规则裂隙形态，而纱布填塞需大量取出，造成二次撕裂损伤。在术后切口渗血管理中，DNAgel集粘附封闭、主动促凝、促愈合三重功能于一体，而传统敷料仅被动吸血，无主动促愈合能力。在拔牙/口腔黏膜创面中，DNAgel可生物降解并促进愈合，避免二次清创，而明胶海绵脱落风险高，愈合质量差。
十二、结论
本研究基于NETs仿生理念，开发了一种以鲑鱼精DNA-PEGDA为基质的DNAgel创可贴。该材料通过高溶胀吸水、即时湿粘附、仿生细胞支架和FVII-PLCγ2凝血信号激活的协同作用，在三种大鼠出血模型中实现了显著优于商用明胶海绵的止血效果，同时展现出促进全层皮肤再生（含毛囊和皮脂腺）的愈合优势。其核心亮点包括：原料来源广泛、成本可控、制备简便；预交联设计，即拿即用，适配急救场景；体内快速降解，代谢产物可被细胞利用；止血-愈合一体化，实现创伤管理闭环。DNAgel为深部不可压迫性创伤的应急止血和伤口修复提供了具有临床转化潜力的新材料策略。
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