液体

Sep 26, 2023

Nature Communications volume 13、記事番号: 5035 (2022) この記事を引用

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非圧縮性出血は、外傷による高い死亡率の原因となる、まだ解決されていない臨床課題です。 出血中の急速な加圧血流は、止血剤の機能と完全性、および生体接着性シーラントの接着を損ないます。 今回我々は、機能性液体を注入したマクロ多孔質の強靱なキセロゲルで形成された、生体からインスピレーションを得た微細構造生体接着剤の設計と性能を報告する。 キセロゲルは全血などの界面液を迅速に吸収して血液凝固を促進する一方、注入された液体は界面の結合、密閉、および抗菌機能を促進します。 それらの相乗効果により、生体接着剤は、圧縮を必要とせずに、生体外のヒトおよびブタの組織および多様な人工表面に強固な接着を形成し、オンデマンドの即時除去および保存安定性を実現します。 我々は、非構造化対応品や市販製品と比較して、ラットとブタにおける止血効果と生体適合性が大幅に向上していることを実証しました。 この研究は、生体接着剤および止血シーラントの開発に新たな道を開きます。

制御不能な出血は外傷による死亡の 30% 以上を占めています 1,2。 多大な研究努力にもかかわらず、創傷部位から急速に加圧された血流が生じる非圧縮性の深く狭い出血の治療には重大な課題が残されています3,4。 トロンビンやカオリンなどの止血剤のみに依存して血液凝固を促進する一般的な戦略は、凝固速度の遅さや凝固障害によって制限されます5。 代替戦略は、出血部位を物理的にブロックする生体接着性シーラントです6、7、8、9、10。 界面流体の除去は、生体接着剤の接着形成とシール性能にとって重要です11。 しかし、既存の生体接着剤は、その非多孔質構造およびナノ多孔質構造のため、界面で加圧された血液を急速に除去するのに時間がかかり、効果がありません 12、13。 ポイントオブケアや緊急治療室では、使いやすさや保管の安定性など、見落とされがちな他の要件も課せられます1。 これらの課題に対処するには、非圧縮性出血に対する新しい設計と材料が必要です。

自然界では、一部の海洋生物は、微細構造構造と注入された液体を特徴とする接着剤を使用して、生物汚れが付着した表面に付着します。 例としては、微多孔構造を備えたイガイのプラーク 14 や、接着性液体の貯蔵と送達のための腺チャネルを備えた扁形動物 (図 1a) 15 が挙げられます。 これらの微細構造生体接着剤は、多孔質構造や浸潤液体を持たないシアノアクリレート、フィブリン接着剤、ヒドロゲルベースの生体接着剤などの臨床で使用される生体接着剤とは対照的です。 ムール貝からヒントを得たカテコールベースの接着剤は、適度な湿潤接着力を形成しますが、多孔質構造を模倣するものでもありません14。 これらの非構造化/均質な設計は、漏れを回避し、密封に有利になる可能性がありますが、その結果、界面流体を吸収して操作する能力が制限されます。 このような制限は、急速に加圧された血液が止血剤を洗い流し、本質的に脆い形成不良の血栓を破壊する可能性があるため、出血状態では有害です17、18、19。 界面流体は材料の接着を阻害しますが、非構造化生体接着剤は、たとえ乾燥マトリックスや疎水性の反発液体が使用されたとしても、遅い拡散プロセスと多量の血液成分のため、これらの流体を迅速に除去することができません8,20。 したがって、加圧された血流を吸収して抵抗することは、非圧縮性出血の治療における止血技術にとって極めて重要です。

a 接着性と液体試薬の輸送のために相互接続された微細孔を含む海洋生物の概略図。 b 血液にさらされた基材に接着する LIMB の概略図。 c LIMBが界面液を取り込み、機能性液体を分泌し、血液を凝固させ、それによって接着、止血、および封止機能を提供できることを示す概略図。 d 部分的にFITC標識キトサン機能性液体（緑色）で満たされた、微小孔を含むローダミン標識LIMB（赤色）の共焦点画像。 e 2 M または 5 M PAAm を含む LIMB の表面および内部細孔のサイズ。 f – h PAAm含有量を変化させたLIMBの応力-伸張曲線（f）、破壊エネルギー（g）、および破面凝集長（h）。 e、g、h の値は平均 ± sd を表します (e では、2M-LIMB 表面では n = 40、2M-LIMB 内部では 20、および e では 5M-LIMB 表面および内部では 30、n = 4 in g、h、実験は独立して 3 回繰り返され、d) についても同様の結果が得られました。