集成止血-免疫调节-再生设计：具有形状记忆功能的聚甘油醚（PGM）海绵，用于不可压缩性出血的控制及糖尿病伤口的愈合

《International Journal of Biological Macromolecules》：Integrated haemostasis-immunomodulation-regeneration design: Shape-memory PGM sponges for noncompressible haemorrhage control and diabetic wound healing

基于氧化果胶和猪源性细胞外基质构建的水触发形状记忆止血海绵，通过物理封堵、化学凝血和免疫调节协同作用，在急慢性出血模型中均实现快速止血（凝血时间缩短60-80%）并促进糖尿病创面愈合（14天闭合率95%），其三维多孔网络结构（孔隙率85%）和显著吸水能力（39倍）为复杂创伤止血提供新方案。

　　

张旭梅|陈良龙|刘波|崔泽龙

中国苏州大学附属无锡第九人民医院无锡骨科研究所

摘要

为了实现非可压缩伤口的快速止血，迫切需要兼具高液体吸收能力和快速形状恢复能力的止血海绵。然而，传统海绵难以在高孔隙率与快速形状恢复之间取得平衡。在本研究中，我们开发了一种含有MaBo粉末的水触发形状记忆止血海绵（WSH-M）。氧化果胶（OG）通过席夫碱反应与猪无细胞真皮基质（PADM）交联，形成了一个高孔隙率（约85%）的三维互穿网络，并具有快速水激活的形状恢复能力。PGM海绵表现出优异的亲水性（吸水能力高达39倍）和强大的循环压缩韧性，能够主动适应不规则的伤口几何形状，提供有效的物理压迫止血。体外和体内评估均显示，该海绵通过多种成分的协同作用表现出出色的止血性能。MaBo粉末能快速吸收液体，浓缩凝血因子；OG中的醛基团能与血液蛋白快速交联形成“人工凝块”，而PADM中的胶原蛋白能有效激活血小板，共同启动内源性凝血途径。在尾部分割、肝脏损伤和股静脉损伤的大鼠模型中，该海绵比商业胶原蛋白海绵和纱布对照组实现了更快的止血效果和更低的失血量。此外，该海绵还具有免疫调节和促进愈合的特性。在糖尿病全层皮肤缺损模型中，它促使巨噬细胞从促炎型M1表型向抗炎型M2表型极化，显著降低了TNF-α水平并增加了IL-10水平，优化了伤口微环境，并在14天内实现了95%的伤口闭合率。总体而言，这项研究开发出了一种多功能形状记忆海绵，集成了快速物理封闭、化学交联辅助止血、生物活性激活和智能免疫调节功能，为控制复杂创伤出血和加速难治性糖尿病伤口的愈合提供了有前景的生物材料策略。

引言

创伤性大出血是美国的主要死亡原因之一。根据世界卫生组织的数据，与创伤相关的死亡率占全球每年死亡人数的8%以上，其中近三分之一直接由无法控制的出血引起[1]。在资源有限的环境中，如战场和院前急救，受伤后一小时内的大量失血往往会导致可预防的死亡[2]。临床研究表明，在受伤后几分钟内实现快速止血可以显著降低创伤性出血患者的死亡率，据报道可减少30-50%。然而，对于涉及胸腔、腹腔、盆腔或深层穿透软组织的非可压缩出血，传统的机械压迫或外科缝合等方法通常无效[3]。这类出血通常具有隐蔽的位置、复杂的伤口几何形状和强烈的血液流动冲击，因此迫切需要新的解决方案[4]。

越来越多的证据表明，基于多糖的形状记忆海绵可以通过水触发膨胀实现快速物理止血，为控制非可压缩出血提供了一种可行的策略[5]。然而，大多数现有研究主要集中在宏观物理性质上，如膨胀率、孔隙结构和机械恢复能力，而在将快速止血与主动调节伤口微环境和促进愈合过程相结合方面仍存在明显局限[6]。这一局限在难治性伤口（如糖尿病相关的伤口）中尤为明显，这些伤口伴随着代谢紊乱、慢性炎症和高感染风险[7]。在这种情况下，仅依靠物理止血往往不足以实现满意的伤口愈合。

在止血生物材料中，猪无细胞真皮基质（PADM）和果胶因其独特的生物特性而受到广泛关注[8]。PADM是一种富含细胞外基质（ECM）成分的加工天然胶原基质[9]，能有效促进细胞黏附和迁移，并激活内源性凝血途径[10]。然而，单独使用PADM的止血能力有限且使用不便。果胶（G）是一种从植物中提取的天然酸性多糖，其主链富含半乳糖醛酸残基[11]。丰富的自由羧基可以通过氧化修饰转化为醛基团，生成能与蛋白质（如胶原蛋白）交联的反应位点[12]。这一特性不仅使果胶能够形成稳定的水凝胶网络，还赋予其良好的亲水性、生物相容性和生物降解性[13]。值得注意的是，氧化果胶中的醛基团可以与血液中的含胺成分（如纤维蛋白原和血小板膜蛋白）发生原位席夫碱反应，从而实现快速化学交联并在止血过程中形成稳定的“人工结痂”[14]。此外，果胶还具有强大的吸液能力，有助于维持湿润的环境，有利于细胞迁移和组织修复[15]。

传统中药马勃（MaBo）在《本草纲目》中被描述为“神圣的止血剂”。现代研究表明，其多糖和麦角甾醇相关成分可以促进血小板黏附和纤维蛋白形成[16]。然而，其微小颗粒容易被血液冲走，导致纳米复合材料的稳定性不足。此外，糖尿病溃疡等慢性伤口具有持续炎症、高感染风险和再生能力受损的特点，对伤口敷料的多功能集成提出了更高要求[17]。

因此，本研究基于对果胶上述特性的深入利用，通过氧化引入活性醛基团，并将其与PADM交联，构建了一个结合了快速水触发形状记忆和主动生化交联能力的三维网络支架。在此基础上，我们加入了具有快速吸液能力、促凝活性和免疫调节潜力的MaBo粉末，开发出了含有MaBo粉末的OG/PADM复合海绵（PGM）。这一设计的科学创新体现在三个方面（图1）：（1）由氧化果胶和PADM形成的水触发形状记忆网络赋予材料快速膨胀和适应伤口的物理封闭能力；添加MaBo粉末后，通过快速吸液、促凝效应和免疫调节作用实现了“物理堵塞-生化凝血-炎症调节”的三重协同效应。（2）与主要依靠膨胀诱导压缩的传统海绵不同，PGM海绵中的生物活性MaBo成分可以调节巨噬细胞极化，抑制过度炎症，从而为糖尿病等慢性伤口中的血管生成和上皮再生提供微环境支持。（3）除了急性止血效率外，PGM还强调基于生物活性的材料设计，以支持从凝血和炎症调节到组织重塑的完整愈合过程，这对长期止血至关重要。为此，我们系统评估了该海绵的物理化学性质和形状记忆机制，阐明了其分层结构如何调节液体吸收、凝血和反弹性能。通过体外凝血、血小板激活和巨噬细胞极化实验，揭示了其双重凝血-免疫调节机制。此外，还在大鼠急性出血模型（尾部分割、肝脏损伤和股静脉出血）和糖尿病全层皮肤缺损模型中全面评估了其快速止血和促进愈合的效果，旨在为复杂创伤和难治性伤口的临床管理提供下一代集成生物材料解决方案。

材料

MaBo粉末从当地中药店购买，果胶（G）、过氧化氢钠和甲醛从Macklin（中国上海）购买。胶原蛋白海绵（CS）从无锡贝迪生物技术有限公司（江苏）购买。医用纱布从深圳市医疗器械有限公司（广东）购买。除非另有说明，所有试剂均从Solarbio Life Science（北京）购买。L929和HUVEC细胞系来自

PG海绵的制备与表征

果胶（G）是一种从水果皮中提取的线性碳水化合物，主要由α-1,4-糖苷键连接的D-半乳糖醛酸单元组成。羟基是果胶中最突出、最丰富和最具反应性的官能团[20]。这些羟基赋予果胶强亲水性和水合能力，使其能够与水分子形成广泛的氢键网络，从而在水中溶解并稳定。

结论

本研究成功开发了一种含有马勃粉末的PGM海绵，在多种出血模型中表现出优异的生物相容性和快速止血能力。该海绵显著缩短了凝血时间并减少了失血量。利用其多孔结构和形状记忆特性，PGM海绵能够主动适应伤口表面，提高止血效果，同时为组织修复提供物理支持。进一步的研究表明，PGM

作者贡献声明

张旭梅：撰写——初稿、可视化、监督、软件使用、资源管理、项目统筹。陈良龙：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、验证、监督、软件使用、资源管理、方法学设计、实验研究、数据分析、概念构思。刘波：监督、软件使用、资源管理、方法学设计、实验研究、概念构思。崔泽龙：撰写——审阅与编辑

伦理审批与参与同意

所有实验方案（IACUC-LAC-20251201-005）均获得了南方医科大学南方医院动物福利与伦理委员会的批准，实验程序严格遵循中国国家研究委员会制定的实验室动物护理和使用指南及伦理标准。实验动物被饲养在特定无病原体（SPF）环境中，光照/黑暗周期为12小时，并允许适应7天

资助

本研究得到了广西科技计划（编号：AA24010007）、广西自然科学基金（编号：2025GXNSFAA069791）、柳州科技项目（编号：2024RA0102A001、2024SB0104E001）的支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有可能影响本文报告工作的财务利益或个人关系。