《AFM》原位快速自凝胶凝聚粉末！

本文的引言部分首先强调了组织损伤后的大出血和伤口感染是导致死亡的主要原因，因此开发快速有效的止血策略以及清除细菌感染、促进伤口愈合的材料至关重要。粘附性水凝胶作为一种有前景的生物粘合剂，可用于药物载体、伤口敷料、止血材料等，但目前市场上的医用粘合剂（如基于聚合物的水凝胶、氰基丙烯酸酯衍生物、纤维蛋白胶和醛基组织粘合剂）存在机械性能差、粘附力不足、可能产生毒性副产物、缺乏抗菌活性及批次间差异大等问题。尤其值得注意的是，生物组织表面的体液会形成界面水化层，阻碍水凝胶与组织的紧密接触，降低粘附效果。受海洋生物（如贻贝和沙堡蠕虫）通过液-液相分离（LLPS）形成粘附性凝聚层以实现水下强粘附的启发，研究者提出利用富含儿茶酚结构的天然分子（如单宁酸TA）来模拟该过程。TA不仅可提供粘附位点，还具有优异的抗氧化和抗菌性能，且已被FDA批准用于医药领域。因此，本研究旨在开发一种基于TA、壳聚糖（CS）和聚乙二醇（PEG）的多功能凝聚层粉末（TCP粉末），该粉末能快速吸水自凝胶化，形成强湿粘附，具备良好的止血和促进伤口愈合能力，并兼具制备简便、可大规模生产、长期储存等优势，为组织再生领域提供了一种新型生物粘合剂解决方案。

图解

方案一：凝聚体粉末（TCP粉末）能吸水并快速转化为具有止血、抗菌和抗氧化特性的强效粘性凝胶。通过与生物活性物质（富血小板血浆PRP和DFO）结合，这种多功能TCP粉末可促进各类创面愈合。A)TCP凝聚体粉末的制备流程及其自凝特性与临床应用优势示意图。B) TCP粉末通过吸收血液转化为强效粘性水凝胶，实现快速止血，在猪模型的颈动脉、肝脏及脾脏出血中均展现显著疗效。C)采用含DFO的PRP溶液对TCP粉末进行凝胶化处理，可获得兼具抗菌、抗氧化和血管再生功能的新型多功能凝胶（DP@TCP凝胶），能显著加速三种不同类型创面的修复进程。本图由BioRender.com制作。

图1 TCP共凝聚物衍生凝胶的制备及其形成机制。A)TCP共凝聚物衍生水凝胶的制备过程及特性。B)不同组分混合形成的共凝聚物的外观。C)对应共凝聚物的剪切储能模量G′和剪切损耗模量G″。D)对应共凝聚物的粘度。E)图像显示TCP具有强粘附性和拉伸性能。F) TCP可提起500克重物。G)TP与TCP在猪皮上的平均粘附强度（n = 5）。H)TP与TCP的爆破压力（n = 3）。I)典型光学显微镜图像及照片展示TCP共凝聚物衍生凝胶的形成过程，箭头指示沉淀的共凝聚物凝胶。J)TCP共凝聚物衍生凝胶的典型光学显微镜图像。K)TCP的典型SEM图像。L)TCP及其单体组分的FTIR光谱。M)TCP在不同溶剂中的降解情况（去离子水（ ，对照）、100 mm氯化钠（静电相互作用破坏剂）、100 mm吐温20（疏水相互作用破坏剂）和DMSO（氢键破坏剂））。N)TCP共凝聚物分子相互作用示意图。图(A)和(N)插图由BioRender.com制作。

图2.TCP的强效粘附性能与体内止血能力。A)TCP在剪切速率扫描中的黏度曲线。B)TCP在不同温度下的黏度变化。C)TCP在1%-500%剪切应变循环三次过程中的G′和G″值。D)自愈合能力示意图。E)TCP水凝胶自愈合行为图像：分离的水凝胶片材经空气或水下接触后可完全愈合为完整结构。F)TCP水凝胶在空气或水下与玻璃、金属、塑料、橡胶及湿润猪皮的强粘附效果对比。G)TCP水凝胶与不同基底的粘附机制分析。H) TCP水凝胶与湿润猪皮组织形成紧密粘附。I) TCP水凝胶在持续水流冲洗下仍保持与猪皮的紧密粘附。J)TCP水凝胶长期湿润粘附性能测试。K)TCP水凝胶在大鼠心、肾、肝、脾模型中的离体组织粘附与切口闭合表现。L-N)TCP水凝胶对小鼠肝脏出血模型的止血效果（n = 3）。（O-Q）TCP水凝胶对小鼠尾部截肢模型的止血效果（n = 3）。数据以均值±标准差表示。*p < 0.05，***p < 0.001。图中(A)、(B)、(D)、(G)的示意图由BioRender.com绘制。

图3.TCP共凝聚物衍生粉末的制备及其通过吸水快速转化为强粘性凝胶的过程。A)TCP共凝聚物衍生粉末制备示意图及快速凝胶化转变过程。B)TCP粉末分散态向块状水凝胶（TCP-gel）转变的光学显微图像。C)TCP-gel代表性扫描电镜图像。D)TCP粉末与商用粉末对照组（YNBY粉末和CS粉末）的吸液量对比图。E）TCP粉末与商用粉末对照组的吸液能力对比。F)采用倒置试管法展示TCP粉末在PBS和血液中的自凝胶效应。G)TCP粉末吸收界面水并自凝胶的示意图。H) TCP粉末在湿润猪皮表面吸收界面水后自凝胶形成。I)TCP粉末在湿润猪皮表面原位形成水凝胶并与猪皮紧密贴合的显微图像。J)TCP粉末吸收界面水形成的凝胶与猪皮形成紧密结合。K)TCP粉末封闭猪胃损伤的实拍照片。L)TCP-gel与纤维蛋白胶在猪皮上的粘附强度测试结果（n = 5）。M)TCP-gel的剪切储能模量G′、剪切损耗模量G″及黏度数据，数值以均值±标准差表示。***p < 0.001。ns表示无统计学意义。图A、B、G中的示意图由BioRender.com绘制。

图4.TCP粉末在体内与体外的止血能力。A)体外凝血时间示意图。B)大鼠全血添加TCP粉末后的凝血照片。C)TCP粉末处理组大鼠血液凝固时间。使用市售粉末（YNBY粉末和CS粉末）作为对照组（n = 3）。D）TCP粉末组与对照组的脑灌注成像（n = 3）。E)大鼠肝脏内出血模型及喷洒TCP粉末止血示意图。F)喷洒TCP粉末后大鼠肝脏内出血模型的实时成像。G，H)不同止血材料治疗出血性肝模型的止血时间和失血量定量分析（n = 3）。I)大鼠股动脉内出血模型及喷洒TCP粉末止血示意图。J)喷洒TCP粉末后大鼠股动脉内出血模型的实时成像。K，L)不同止血材料治疗出血性股动脉模型的止血时间和失血量定量分析（n = 3）。数据以均值±标准差表示。*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001。图中(A)、(E)、(I)的流程图由BioRender.com制作。

图5.TCP粉末在猪模型中的止血验证。A)猪颈动脉出血模型示意图。B)TCP粉末与CS粉末在猪颈动脉出血模型中的典型止血过程。C)猪肝脏和脾脏出血模型示意图。D)TCP粉末与CS粉末在猪肝脏出血模型中的典型止血过程。E)TCP粉末在猪脾脏出血模型中的典型止血过程。(A)和(C)中的示意图由BioRender.com制作。

图6.DP@TCP凝胶的制备与生物活性研究。A)TCP粉末源生物活性水凝胶的制备示意图。B)DFO和PRP释放曲线（n = 3）。C) HUVEC和D) L929细胞经不同浸出浓度TCP凝胶提取物处理后的存活率（n = 6）。E)L929细胞活死染色结果（绿色荧光：Calcein AM标记活细胞；红色荧光：碘化丙啶标记死细胞）。F)TCP凝胶溶血率及不同处理组红细胞上清液显微成像（n = 3）。G)L929细胞MTT法增殖率检测（n = 6）。H)划痕实验中不同凝胶处理的L929细胞迁移代表性光学图像。I)划痕实验伤口闭合率定量分析（n = 3）。J)不同凝胶组HUVECs管形成实验代表性图像。K-M)管形成实验中网状结构、结节及相对管长定量分析（n = 3）。数据以均值±标准差表示。*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001。图A中的示意图由BioRender.com绘制。

图7.多功能TCP凝胶的抗菌与抗氧化特性。A)TCP凝胶抗菌效果示意图。B)不同浓度TCP凝胶提取物处理后大肠杆菌和金黄色葡萄球菌菌落的显微照片。C、D)大肠杆菌和金黄色葡萄球菌相对存活率对比（n = 3）。E)不同水凝胶处理后大肠杆菌和金黄色葡萄球菌菌落显微照片。F、G)相应细菌存活率数据（n = 3）。H、I)TCP凝胶提取物不同浓度的ABTS抗氧化活性测试结果（n = 3）。J、K)不同凝胶提取物的ABTS抗氧化活性测试结果（n = 3）。L、M)TCP凝胶提取物不同浓度的DPPH抗氧化活性测试结果（n = 3）。N、O)不同凝胶提取物的DPPH抗氧化活性测试结果（n = 3）。P)多功能TCP凝胶在氧化应激中保护细胞活性的示意图。Q)不同凝胶提取物对H2O2处理的人脐静脉内皮细胞（HUVEC）和R)L929细胞的保护效果评估（n = 6）。数据以均值±标准差表示。*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001。图A和P中的示意图由BioRender.com绘制。

图8.多功能DP@TCP凝胶加速糖尿病大鼠全层皮肤缺损模型慢性创面愈合。A)创伤示意图及治疗方案示意图。B)创伤愈合过程代表性照片。C)缺损部位愈合比例（n = 4）。D)创伤区域示意图。E)第6天和第12天创面切片的H&E染色图像。F)第6天和第12天创面切片的Masson三色染色图像。G，H)第6天和第12天创面胶原沉积半定量分析（n = 3）。I)HIF-1a免疫组化染色。J)第6天HIF-1a免疫组化染色半定量分析（n = 3）。K)α-SMA与CD31免疫荧光共染色。数据以均值±标准差表示。*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001。ns表示无统计学意义。

图9.多功能DP@TCP凝胶加速感染金黄色葡萄球菌的大鼠全层皮肤缺损模型伤口愈合。A)感染模型示意图及治疗方案。B)伤口愈合过程代表性照片。C)伤口区域示意图。D)缺损部位愈合比例（n = 3）。E)扩散平板法显示第3天和第12天伤口部位细菌生长情况。F、G)伤口部位细菌计数及相对计数定量分析（n = 3）。H)第6天和第12天伤口切片的H&E染色图像。I)第6天和第12天伤口切片的Masson三色染色图像。J)第6天和第12天伤口胶原沉积半定量分析（n = 3）。数据以均值±标准差表示。*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001。ns表示无统计学意义。

结论

本文开发了一种受贻贝粘附机制启发的原位自凝胶共聚物粉末（TCP粉末），由单宁酸（TA）、壳聚糖（CS）和聚乙二醇（PEG）通过简单的物理混合、冻干和研磨工艺制成。该粉末的核心优势在于能快速吸收界面水分并发生液-液相分离（LLPS），在数秒内原位形成强粘附性水凝胶（TCP-gel），其粘附机制主要依赖于TA提供的儿茶酚基团与组织表面形成的氢键、疏水相互作用等非共价键。研究表明，TCP粉末表现出卓越的湿组织粘附性（粘附强度达57.9 kPa，远超纤维蛋白胶）、快速自我修复能力、优异的液体吸收性以及显著的止血性能，在大鼠、小鼠和猪的多种严重出血模型（如肝脏、脾脏、股动脉和颈动脉出血）中均显著优于商业止血材料（如云南白药、壳聚糖止血粉）。此外，TCP粉末具备内在的抗菌和抗氧化特性，并能作为局部药物递送系统，与富血小板血浆（PRP）和去铁胺（DFO）结合形成功能性凝胶（DP@TCP-gel），实现生长因子和药物的持续释放，从而在急性、糖尿病慢性及细菌感染伤口模型中显著加速愈合过程，促进胶原沉积、上皮再生和血管生成。该材料制备工艺简单、可大规模生产、能长期储存且生物相容性良好，解决了传统水凝胶粘合剂在湿润环境中粘附力弱、储存稳定性差和缺乏生物活性等问题，展现出巨大的临床转化潜力，为下一代止血和伤口愈合材料的设计提供了新思路。