含有肝素的乳清蛋白分离物衍生的水凝胶具有双重功能，既可用作蛇咬伤创面敷料，也可作为药物输送系统。这种水凝胶能够抑制喷射眼镜蛇毒液所引发的细胞毒性

本研究将肝素（H和T）整合至乳清蛋白 isolate（WPI）水凝胶中，测试其作为蛇咬伤口敷料的潜力。结果显示，水凝胶能有效吸收伤口渗出液，并在模拟伤口环境中快速释放药物，显著抑制眼镜蛇毒的细胞毒性。

　　

马修·J·格雷 | 丹尼尔·K·贝恩斯 | 加布里埃尔·德卡斯特罗 | 托马斯·科布 | 莱拉·A·泰瑞尔 | 萨姆·J·海亚姆 | 艾伦·M·史密斯 | 尼古拉斯·R·凯斯韦尔 | 萨拉·L·阿林森 | 蒂莫西·E·L·道格拉斯 | 史蒂文·R·霍尔

兰卡斯特大学生物医学与生命科学系，英国兰开斯特LA1 4YW，贝利里格

摘要

每年有数百万人受到蛇咬伤的毒害，目前的治疗方法仅限于动物来源的抗蛇毒血清。重新利用的毒素抑制剂药物为改善蛇咬伤治疗提供了可行的途径，例如肝素可以抑制细胞毒性的三指毒素。然而，为了在临床上有效，这些治疗方法必须被设计成能够快速将药物输送到中毒部位的给药装置。本文介绍了将肝素（特别是未分级肝素H）及其低分子量肝素类似物替扎帕林（T）整合到由乳清蛋白分离物（WPI）制成的水凝胶中的概念。WPI是乳制品工业的廉价副产品，具有细胞相容性、硬度适中、可通过高压灭菌消毒，并且兼具局部给药和作为伤口敷料的双重功能。本研究旨在探讨含有肝素的WPI水凝胶是否具有适合伤口敷料的物理特性，并能释放足够量的药物以抑制喷毒眼镜蛇的毒性。为此，我们制备了五种水凝胶原型：40% WPI无药物对照组，以及含有5% H、10% H、5% T和10% T的WPI水凝胶。结果表明，肝素成功整合到了WPI水凝胶中，且含有肝素的WPI水凝胶比40% WPI无药物对照组具有更好的膨胀性能，表明其能更好地吸收伤口渗出物；然而，这种肝素整合也增加了水凝胶在模拟伤口环境中的降解速率。最重要的是，10% T水凝胶从磷酸盐缓冲盐水中释放出足够高的浓度，能够在HaCaT细胞毒性模型中中和Naja nigricollis的毒性。综上所述，我们的结果表明将抑制毒素的药物整合到WPI水凝胶中是可行的，进一步开发此类药物整合水凝胶作为蛇咬伤敷料具有研究价值。

引言

世界卫生组织（WHO）将蛇咬伤中毒归类为被忽视的热带疾病（NTD），每年导致多达131,000人死亡和400,000人长期残疾（Afroz等人，2024年；J. M. Gutiérrez等人，2017a年）。这一问题更加复杂的是，目前唯一可用的特定治疗方法是动物来源的抗蛇毒血清，而这些血清在一个多世纪以来几乎没有变化（Lalloo和Theakston，2003年）。这些传统抗蛇毒血清存在许多局限性：通常对多种蛇类的效果不佳、治疗费用高昂、在中和由毒素毒性引起的严重局部中毒方面效果有限、需要在医院环境中静脉注射、需要冷藏，以及可能引发严重的不良反应（Alangode等人，2020年；Clare等人，2021年；Rivel等人，2016年）。

因此，人们开始探索其他可能的治疗方案，包括使用重新利用的药物抑制剂，这些抑制剂针对不同种类和属的蛇毒中的主要毒素类别（Clare等人，2021年）。一些有前景的候选药物包括肝素，如未分级肝素（H），这是一种高硫酸化的多糖，此前已被用于治疗血毒性蛇咬伤；以及其低分子量（LMW）肝素类似物替扎帕林（T），这两种药物都是传统的抗凝血剂（Boechat等人，2001年；Christy等人，1973年；Du等人，2024年；Hirsh，1998年）。这些药物可以抑制细胞毒性的三指毒素（3FTxs），这类毒素在许多眼镜蛇的毒液中普遍存在，并已被证明能显著降低细胞和动物模型中的毒性（Du等人，2024年；Tasoulis和Isbister，2017年）。这种由毒素引起的细胞毒性常常导致蛇咬伤患者出现严重甚至危及生命的并发症，其中喷毒眼镜蛇（Naja属）是非洲地区此类伤害的主要原因（Du等人，2024年；Rivel等人，2016年）。

然而，任何新的毒素抑制剂要想对蛇咬伤引起的组织损伤有效，必须能够迅速到达中毒部位及其周围（Bartlett等人，2024年）。基于IgG的静脉注射抗蛇毒血清由于外渗和组织渗透性有限而存在这一问题（Clare等人，2021年；Conner等人，2020年；J. M. Gutiérrez等人，2017b年），而目前正在开发的口服药物候选物（Abouyannis等人，2025年；Gerardo等人，2024年）则受到吸收时间和从血液分布到受影响组织的时间限制（Bartlett等人，2024年；Bashiardes和Christodoulou，2024年）。一种可能的快速局部给药方法是使用水凝胶，将抑制毒素的药物（如肝素）整合到水凝胶中并用作蛇咬伤敷料。水凝胶是一种三维亲水性聚合物，通过交联形成网状结构，与传统伤口敷料相比具有许多优势，包括保持水分（对伤口愈合过程至关重要）和吸收液体（如伤口渗出物）的能力（Bashir等人，2020年；Brumberg等人，2021年；Sweeney等人，2012年）。重要的是，水凝胶可以结合药物，这些药物随后可以在溶液中或应用于伤口时从凝胶中扩散出来，从而实现靶向给药（Kesharwani等人，2021年）。因此，我们假设通过将H或T整合到水凝胶中，可以设计出一种独特的材料，既能够保护蛇咬伤的物理部位，又能向伤口释放药物以减轻含3FTx毒素的蛇毒的影响。

许多不同的材料可用于制备水凝胶，但WPI是一个有前景的选择（Bashir等人，2020年）。WPI是乳制品工业的副产品，含有97%的蛋白质，其中75%是β-乳球蛋白，这是构成水凝胶网状结构的主要成分（Baines等人，2025年）。WPI水凝胶的优点包括成本低、细胞相容性好以及易于凝胶化（Gen?等人，2023年）。此外，WPI水凝胶可以结合和输送疏水性和亲水性药物，用于多种生物医学应用，如促进组织工程、管理癌症等疾病和细菌感染（Baines等人，2025年，2024年；Platania等人，2021年）。H和T都已整合到WPI水凝胶中，以探索其作为组织工程支架的潜力（Pawlak-Likus等人，2025年）。此外，研究显示含H的非WPI水凝胶作为糖尿病、切除伤和烧伤伤口的敷料具有促进伤口愈合的效果（Uzunalli等人，2017年；Yergoz等人，2017年；Zhang等人，2018年）。然而，尽管有研究将蛇毒整合到水凝胶网状结构中作为止血剂（Yegappan等人，2022年），但尚未有研究探索将H或T整合到水凝胶中作为蛇咬伤敷料的应用。

因此，本研究的目的是验证是否可以设计出含有肝素的WPI水凝胶，使其（a）具有适合制成伤口敷料的物理特性，（b）释放足够量的药物以抑制喷毒眼镜蛇的毒性。迄今为止，还没有研究提出或探索将抑制毒素的药物整合到水凝胶中作为院前蛇咬伤治疗的潜力。然而，本文的结果表明这是一种有前景的方法，值得进一步研究。

章节摘录

化学物质、药物和生物材料

WPI作为BiPro产品从Davisco Foods International（美国明尼苏达州伊登普雷里）购买。Trypan blue染色剂（0.4%）从Logos Biosystems购买，Resazurin和蛋白酶从Sigma-Aldrich（默克）购买，PBS从Gibco、Corning或Sigma-Aldrich购买。未分级肝素（H）钠盐（M_w ≈ 20,000 g/mol）和替扎帕林（T；M_w ≈ 8,000 g/mol）来自LEO Pharma（丹麦巴勒鲁普）。

毒液

提供了Naja nigricollis毒液（尼日利亚）

结果

通过多种途径分析了水凝胶作为肝素输送载体的有效性，首先确定了它们的物理和机械性质，然后研究了它们在蛇咬伤等生物环境中的作用，最后确认了药物从凝胶中的释放情况以及水凝胶输送载体在防止N. nigricollis毒液引起的细胞毒性方面的有效性。

讨论

本研究的主要目的是探讨含有肝素的WPI水凝胶是否具有进一步开发为蛇咬伤敷料所需的物理和抑制毒素的特性。

首先，使用SEM评估了每种WPI水凝胶的结构特性，观察到40% WPI对照水凝胶和含有肝素的水凝胶之间存在明显结构差异（图1）。WPI含有超过97%的蛋白质，其中大部分是

结论

本研究旨在通过评估含有肝素的WPI水凝胶的理化性质，确定它们是否适合用作蛇咬伤的伤口敷料，以及它们是否能够抑制N. nigricollis毒液引起的细胞毒性。如上所述，这些理化性质表明，含有肝素的WPI水凝胶可能适合用作蛇咬伤的伤口敷料，因为它们能够吸收伤口渗出物、快速输送药物并生物降解。

CRediT作者贡献声明

萨拉·L·阿林森：撰写 – 审稿与编辑，方法论。尼古拉斯·R·凯斯韦尔：撰写 – 审稿与编辑，资源。艾伦·M·史密斯：撰写 – 审稿与编辑，资源。托马斯·科布：撰写 – 审稿与编辑，可视化，方法论，调查，数据分析，概念化。史蒂文·R·霍尔：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，可视化，监督，资源管理，项目管理，方法论，调查，资金获取，正式文件

利益冲突

作者没有需要声明的利益冲突。

伦理声明

本项目未进行涉及人类参与者或活动物的实验。所用毒液来自蛇咬伤研究与干预中心的爬行动物馆，该中心的动物实验方案得到了英国内政部、利物浦热带医学院和利物浦大学动物福利与伦理审查委员会的批准。

资金

本工作得到了以下支持：(i) 兰卡斯特大学生物医学与生命科学系提供给SRH的启动资金；(ii) 美国兰卡斯特大学的Friends组织提供给SRH的全球影响小额资助；(iii) 兰卡斯特大学健康与医学院提供的Catalyst资助；(iv>捐赠者Nicholas Bone向兰卡斯特大学的慈善捐赠；(v) 兰卡斯特大学科学和技术学院授予DKB的博士学位奖学金。

利益冲突声明

? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Steven Hall报告称获得了美国兰卡斯特大学Friends组织的财务支持；Steven Hall报告称获得了Nicholas Bone的慈善捐赠。鉴于Casewell教授在Toxicon编辑委员会中的职务，他未参与本文的同行评审，也未接触过相关资料。

致谢

我们要感谢Paul Rowley和Edouard Crittenden在LSTM爬行动物馆维护蛇类并进行常规毒液提取的工作。