一种基于生物聚合物的医用泡沫的体外评估：其在增强抗纤溶作用和预防感染方面的效果，用于急性伤口管理

《ACS Applied Bio Materials》：An In Vitro Assessment of a Biopolymer-Based Medical Foam for Enhanced Antifibrinolytic and Infection Prophylaxis for Acute Wound Management

创伤止血泡沫材料开发及疗效评价。CMC基医疗泡沫负载vancomycin和TXA，证实其具备时空稳定性（26.5min体积衰减起始时间）、高效止血（87.5%血块保留率）和抗菌能力（>99% MRSA杀灭率），且生物相容性良好。

　　在创伤护理领域，快速且有效的伤口处理是挽救生命和减少并发症的关键。特别是在资源有限的环境中，传统的伤口处理策略往往难以满足复杂伤口的治疗需求。当前大多数治疗方法只能实现单一功能，例如止血，而无法在伤口内部实现药物的稳定时空释放。这种局限性迫使急救人员在紧急情况下使用一系列耗时且繁琐的治疗手段，从而影响治疗效率和患者预后。为了解决这些问题，研究团队开发并评估了一种基于生物聚合物的医疗泡沫（MF），该泡沫同时装载了万古霉素和氨甲环酸。通过一系列实验，研究人员验证了该泡沫在体外的可行性及其科学依据，并为进一步的动物实验和临床应用奠定了基础。

### 一、医疗泡沫的特性与功能

医疗泡沫的主要材料是羧甲基纤维素（CMC），它具有良好的生物相容性，且在生物医学领域已被广泛研究。CMC能够通过物理混合和气体注入形成一种体积膨胀且结构稳定的泡沫，其独特的物理性质使其能够深入复杂伤口，同时保持长时间的局部药物释放。这种特性对于创伤护理至关重要，因为它不仅能够填补不规则的伤口空腔，还能通过物理扩散效应维持药物的有效浓度。相比传统的液体或凝胶制剂，医疗泡沫在粘稠度、生物粘附性和气泡破裂速率方面具有更优的表现，使其在保持药物浓度的同时，能够有效应对创伤中常见的机械扰动，如运输过程中的压力变化或患者移动。

在实验中，研究人员发现医疗泡沫在体外表现出显著的体积膨胀能力（达到初始体积的3.23倍）和结构稳定性（持续时间长达26.5分钟）。当应用于体外羊组织伤口时，该泡沫显著降低了细菌负荷（超过99%）并减少了87.5%的失血量。这些结果表明，医疗泡沫不仅能够有效控制出血，还能提供抗感染保护，这在资源有限或战场环境下尤为重要。通过优化泡沫的配方和生成条件，研究团队成功实现了泡沫的体积稳定性和药物释放能力之间的平衡，从而为后续的体外实验和动物实验提供了可靠的材料基础。

### 二、医疗泡沫的体外安全性评估

为了确保医疗泡沫在临床应用中的安全性，研究人员对泡沫在体外的细胞毒性进行了系统评估。实验采用小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）和人真皮成纤维细胞（HDFa）作为模型，分别测试了不同浓度的万古霉素、氨甲环酸及其组合对细胞活性的影响。结果显示，万古霉素在较高浓度（如12.5 mg/mL）下对MEF表现出显著的细胞毒性，而氨甲环酸的毒性则相对较低，尤其在较高浓度下对细胞的损伤更小。然而，当两种药物组合使用时，其毒性并未表现出叠加效应，反而在某些情况下可能具有一定的协同作用，有助于维持细胞活性。

此外，实验还发现，与单纯使用PBS或CMC溶液相比，医疗泡沫作为药物载体对细胞的毒性较低，尤其是在临床相关浓度下。这一结果表明，医疗泡沫不仅能够有效释放药物，还能减少对周围组织的不良影响，从而为创伤护理提供了更安全的治疗手段。在对HDFa细胞的测试中，研究团队进一步确认了医疗泡沫在不同时间点和浓度下的安全性，发现其在大多数情况下对细胞的损伤较小，尤其是在与临床剂量相匹配的情况下，这种泡沫可能成为一种理想的局部药物输送平台。

### 三、医疗泡沫的止血能力

在止血方面，医疗泡沫表现出显著的优势。研究团队通过模拟创伤性凝血溶解（即诱导性纤维蛋白溶解）实验，评估了泡沫在控制出血方面的有效性。实验中，研究人员使用羊血模拟创伤性出血，并通过不同的药物输送方式（如PBS、CMC溶液、MF、TXA粉末和Quik-Clot）来测试其对血凝块稳定性的影响。结果显示，氨甲环酸（TXA）在医疗泡沫中的释放能够显著抑制血凝块的溶解，使得止血效果优于其他输送方式。

在“新鲜血液”和“凝固血液”两种条件下，医疗泡沫表现出更强的止血能力。例如，在“新鲜血液”处理中，医疗泡沫能够有效维持血凝块的完整性，减少纤维蛋白溶解。而在“凝固血液”处理中，医疗泡沫不仅能够维持凝块的稳定性，还能进一步增强其结构。这些结果表明，医疗泡沫在控制出血方面具有显著优势，尤其是在创伤性凝血溶解的情况下，能够提供更持久的止血效果。

### 四、医疗泡沫的抗菌能力

在抗菌方面，医疗泡沫同样展现出良好的性能。研究人员通过模拟MRSA（耐甲氧西林金黄色葡萄球菌）感染，评估了万古霉素在医疗泡沫中的抗菌效果。实验中，研究人员将MRSA接种到羊肌组织样本中，并在4小时和24小时后检测细菌负荷的变化。结果显示，医疗泡沫中的万古霉素能够有效减少MRSA的数量，其抗菌效果与单纯使用PBS输送的万古霉素相比没有显著差异。此外，尽管在某些情况下，氨甲环酸的添加并未显著改变抗菌效果，但其与万古霉素的组合可能在某些情况下表现出协同效应。

这些实验结果表明，医疗泡沫不仅能够作为有效的抗菌载体，还能在创伤现场提供即时的感染预防。考虑到MRSA在创伤感染中的高发性，医疗泡沫的应用可能在减少感染率方面发挥重要作用。同时，由于其体积膨胀特性，医疗泡沫能够更均匀地覆盖伤口表面，从而提高抗菌剂的分布效率。

### 五、医疗泡沫的机械性能与粘弹性特性

医疗泡沫的粘弹性特性是其在创伤护理中能够稳定存在并有效释放药物的重要因素。研究人员通过振荡剪切测试评估了泡沫的粘弹性行为，发现其在不同浓度和添加药物的情况下表现出不同的流点特性。流点是指材料在受到外力作用时从弹性行为向粘性行为转变的临界点，这一特性对于医疗泡沫在创伤环境中的稳定性至关重要。

实验结果显示，医疗泡沫的流点（15.20%应变）显著高于未添加药物的CMC溶液（6.41%应变），表明其在受到机械扰动时能够更好地保持结构。此外，添加氨甲环酸和万古霉素的泡沫（15.89%应变）的流点略高于未添加药物的泡沫，进一步说明药物的添加可能对泡沫的机械性能产生积极影响。这种增强的机械性能意味着医疗泡沫能够在创伤现场的动态环境中保持稳定，从而延长药物在伤口中的作用时间。

### 六、医疗泡沫的体积填充能力与应用优势

在体积填充能力方面，医疗泡沫表现出显著的优越性。与传统的CMC粉末、CMC糊剂和Quik-Clot纱布相比，医疗泡沫能够以更少的材料实现更高的体积覆盖。例如，在模拟的羊组织伤口中，医疗泡沫仅需0.75克CMC粉末即可实现99%的体积填充，而其他传统材料则需要更多的用量才能达到相似的效果。这种体积填充能力不仅提高了治疗效率，还降低了急救人员携带医疗物资的负担，从而在资源有限的环境中更具实用性。

此外，医疗泡沫的体积填充能力使其能够更好地适应不规则的伤口形状，从而提供更全面的覆盖。相比液体或凝胶，泡沫的结构能够更好地保持与伤口表面的接触，避免药物过早流失。这种特性对于创伤护理尤为重要，因为它可以确保药物在伤口内部长时间维持有效浓度，从而提高治疗效果。

### 七、研究的局限性与未来方向

尽管医疗泡沫在体外和体外实验中表现出良好的性能，但研究仍存在一定的局限性。首先，研究中对泡沫生成参数的探索尚不全面，尤其是在生理温度下的稳定性仍需进一步验证。其次，实验中使用的体外羊组织模型未能完全模拟实际创伤中的出血和组织渗出情况，因此可能无法完全反映泡沫在真实创伤中的表现。此外，研究仅评估了泡沫对纤维细胞的影响，而忽略了其对其他细胞类型（如免疫细胞或上皮细胞）的潜在作用。

未来的研究将集中在优化泡沫的配方和生成条件，以提高其在不同创伤环境中的适用性。同时，研究人员计划在动物模型中进一步验证泡沫的止血和抗菌效果，特别是在开放性伤口、骨折和肝裂伤等模型中。此外，团队还希望探索泡沫在自然发生的犬类创伤中的表现，以评估其在实际应用中的安全性和有效性。通过这些进一步的研究，医疗泡沫有望成为一种在创伤护理中具有广泛应用前景的新型治疗手段。

### 八、结论与临床应用前景

综上所述，医疗泡沫作为一种新型的多功能创伤护理材料，具有显著的优势。它不仅能够快速填充不规则的伤口空腔，还能通过其粘弹性特性在动态环境中保持稳定，从而延长药物在伤口中的作用时间。此外，医疗泡沫在止血和抗菌方面表现出良好的性能，能够在创伤现场提供即时的治疗效果。通过体外和体外实验，研究人员验证了泡沫在不同浓度下的安全性，并确认了其在控制出血和减少感染方面的潜力。

考虑到创伤护理中常见的挑战，如资源限制、时间紧迫性和复杂伤口形态，医疗泡沫的出现为急救人员提供了一种更加高效和可靠的治疗方案。其体积膨胀能力、结构稳定性和药物释放特性使其在战场或灾难救援等极端环境下具有独特的应用价值。未来，随着进一步的动物实验和临床研究，医疗泡沫有望成为创伤护理领域的一项重要创新，为患者提供更全面、更安全的治疗选择。