《Acta Biomaterialia》：A silk fibroin/tannic acid hydrogel with acid-enhanced adhesion and procoagulant nanofiber reinforcement for gastric hemorrhage management
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丝心蛋白-鞣酸复合物通过酸触发增强粘附性能，结合纳米纤维蛋白衣冠实现胃出血快速止血（2分钟）和长期保护（5天以上），同时促进黏膜修复。
李青|王轩祺|于坤|冷彦秋|王永超|周志航|戴芳音|兰广倩
中国西南大学资源昆虫国家重点实验室，丝绸纺织与生物质科学学院，重庆，400715
摘要
有效的内镜下胃出血管理需要一种具有快速凝血能力和持续抵抗胃酸侵蚀的止血剂。本研究证明，丝素纤维蛋白-单宁酸（SF-TA）在酸性条件下表现出独特的酸诱导粘附增强特性，为其作为胃出血管理材料提供了潜在基础。这种超分子结构在pH 1时对上皮角蛋白-2（EKRT2）的粘附能力显著增强。H?引起的静电屏蔽效应减弱和水分子的重排显著增强了SF-TA与EKRT2之间功能基团（-NH?、-COOH和Ar-OH）之间的静电相互作用和范德华力。这使得在模拟胃液（SGF，pH 1.3）中的粘附强度比在PBS（pH 7.3）中提高了50%以上。SF的β-折叠重复结构提供了稳定的构象，有助于与单宁酸（TA）形成强结合，从而在胃液中保持其完整性超过5天。SF-TA还通过添加促凝剂丝素纤维蛋白纳米纤维/蛋白质冠层（SFNPC）得到进一步增强，能够在2分钟内快速控制猪的胃出血，提供持久的保护以防止再次出血，并促进胃黏膜在5天内愈合。本研究揭示了丝素纤维蛋白/单宁酸的酸诱导粘附增强机制，为进一步开发用于长期胃出血管理的生物材料提供了可行方法。
意义声明
这项工作提出了一种基于生物材料的止血剂，对胃出血管理具有变革潜力。其重要性在于丝素纤维蛋白-单宁酸（SF-TA）复合物独特的酸诱导粘附机制，该机制在极端胃酸环境（pH 1）下对黏膜蛋白的粘附能力得到增强，这是现有止血剂的关键局限性。这种超分子系统能够确保超过5天的强韧、持久的凝聚力。此外，当与促凝剂纳米纤维（SFNPC）结合后，它可以实现快速止血，提供持久的物理屏障以抵抗酸侵蚀和再次出血，并积极促进黏膜愈合。这项技术提供了一种全面高效的治疗策略，解决了在恶劣胃环境中快速凝血和持续保护的关键问题。
引言
急性上消化道出血的死亡率为5%至10% [1]，老年患者和患有严重并发症（如肝硬化或心脏病）的患者风险更高 [2]。有效控制胃出血对于防止因严重失血导致的休克和器官衰竭等并发症至关重要，从而挽救生命并促进进一步的治疗 [3]。然而，胃出血病灶的隐蔽位置以及由胃酸腐蚀和黏膜摩擦引起的复杂胃环境使得胃出血的管理变得复杂 [4]。外科切除和非侵入性介入疗法可以有效止血 [5]，但这些方法常常受到手术风险、再次出血和其他并发症的限制。无论是口服还是静脉注射的药物治疗虽然方便，但通常效果延迟 [6]，因此不适合用于严重出血的管理。内镜技术，如电凝、金属夹子和药物注射，已经克服了定位不可见出血部位的挑战，并被开发为控制胃出血的有效手段 [7]。然而，尽管内镜热凝和夹子提供了精确有效的解决方案，但它们受到二次组织损伤和再次出血的风险限制 [8]。将内镜技术与高性能止血剂结合在胃肠道止血方面受到了广泛关注，显示出实现安全、高效和长期管理胃出血的潜力。
尽管如此，用于胃出血的止血剂的发展仍受到酸性胃环境的限制。常见的止血剂如Celox?、QuikClot?和Arista?在促进凝血方面有效，但它们在胃酸环境中的效果可能会受到干扰 [7,9]。临床止血剂如肾上腺素?、TC-325?和纤维蛋白胶?在胃出血管理中显示出一定的效果，但其应用受到再次出血风险的阻碍 [10,11]。为了解决这个问题，大量研究致力于开发旨在覆盖和密封胃出血病灶的止血水凝胶，从而有效控制出血并降低再次出血的风险。Xia等人开发了一种结合透明质酸（HA）和聚乙二醇（PEG）的混合水凝胶 [12]，通过硫脲-儿茶酚偶联和二硫键稳定，证明了其在内镜下止血上消化道出血（GI）和预防再次出血方面的有效性，持续时间长达48小时。类似地，Luo等人基于肽序列CFLIVIGSIIVPGDGVPGDG（PFV）和明胶甲基丙烯酸酯（GelMA）创建了一种止血肽水凝胶（HPH）[13]，可以通过蓝光内镜触发，用于非静脉曲张性上消化道出血的治疗。He等人开发了一种pH响应性的自愈粘合剂[14]，基于丙烯酰-6-氨基己酸（AA）和AA-N-羟基琥珀酰亚胺（AA-NHS），在胃出血控制和伤口愈合方面表现出高效率。虽然这些水凝胶系统展示了出色的促凝能力和形成保护屏障的能力，但它们可能在提供长期胃部伤口保护方面存在不足。在酸性条件和胃的蠕动作用下，缺乏牢固的粘附力和结构稳定性可能导致水凝胶降解或脱落 [7]，从而可能引发再次出血并阻碍黏膜修复。因此，开发既能促进凝血又能提供持续粘附和密封胃部伤口的止血剂对于克服复杂胃环境的挑战至关重要。
特别是受到贻贝和藤壶中酚类羟基（Ar-OH）介导的粘附机制启发的粘合水凝胶，在伤口管理中显示出巨大潜力 [15],[16],[17]。丝素纤维蛋白（SF）是一种在肽链组成[18]和二级结构[19]上与贻贝粘附蛋白（MAPs）相似的蛋白质，与单宁酸（TA）结合时表现出优异的粘附性能 [20]。TA中的Ar-OH基团通过氢键、静电相互作用和疏水力与SF的β-折叠结构相互作用，形成动态交联网络。这一网络使SF-TA能够在湿润的组织表面形成连续界面，排除水分子，并促进TA的Ar-OH基团与生物组织之间的稳定相互作用 [21]。由此产生的复合水凝胶（SF-TA）作为一种生物医学材料，在伤口愈合和止血方面具有很强的粘附性能 [22]。值得注意的是，在酸性条件下，TA的功能基团（包括其Ar-OH）以及SF的氨基（-NH?）和羧基（-COOH）仍保持显著的反应性，为与生物大分子的稳定相互作用提供了分子基础，即使在酸性环境中也能确保牢固的粘附 [23]。此外，SF的高度有序β-折叠结构及其疏水性氨基酸组成（例如苯丙氨酸和酪氨酸）和强分子间相互作用（例如离子键和盐桥）[24]，赋予SF-TA抵抗酸和胃蛋白酶降解的潜力。这些分子和结构特性使SF-TA成为在酸性环境中治疗出血伤口的理想候选者，特别是对于高效和长期的胃出血管理。
在这项研究中，我们提出了一种结合促凝能力、耐酸粘附性和结构稳定性的止血材料，通过内镜干预实现有效的胃出血管理（图1）。使用丝素纤维蛋白纳米纤维（SFN）构建了促凝剂蛋白质冠层（SFNPC），显示出显著的促凝活性用于出血控制 [25]。SFNPC被纳入SF溶液中并与TA溶液结合，制备成可注射的双组分止血凝胶（简称SFNPC@ST）。预期SFNPC将增强SFNPC@ST的血液凝固能力，并进一步加强其结构完整性。SF-TA的独特超分子结构预计将使SFNPC@ST在酸性条件下对伤口具有高效和长期的粘附性。这种创新的止血材料结合了高效的凝血能力、耐酸的结构完整性和酸诱导的粘附性能增强，确保有效的胃出血控制和持续的保护，以防止胃酸侵蚀和黏膜愈合。本研究的结果突显了丝素纤维蛋白/单宁酸在动态酸性环境中的潜力，为安全、有效和长期的胃出血管理提供了有希望的解决方案。
材料
蚕茧由中国西南大学资源昆虫国家重点实验室提供。Fibrin glue?（Bioseal，猪纤维蛋白密封剂套装）购自绵阳凯伦药业连锁有限公司。所有其他化学品均从上海阿拉丁生化科技有限公司商业购买。所有动物实验均获得了西南大学动物实验伦理委员会的批准，批准号为IACUC-20,250,630–07（小鼠实验），
SFNPC@ST的制备
在自然血液凝固过程中，多种凝血因子（例如因子II、IX、X和VII）被激活 [26]，最终导致凝血酶激活，将纤维蛋白原转化为纤维蛋白以实现血液凝固。为了增强这些凝血因子以制备止血材料，通过静电纺丝制备了丝素纤维蛋白纳米纤维（SFN），并将其粉碎后用于催化血液凝固过程并组装这些因子（图2a）。SFN的纳米级尺寸使其能够
结论
为了解决酸腐蚀对内镜下胃出血止血材料效果的影响，本研究成功开发了一种可注射的止血凝胶，由丝素纤维蛋白纳米纤维/蛋白质冠层（SFNPC）和丝素纤维蛋白-单宁酸（SF-TA）组成。所得凝胶（SFNPC@ST）在50%模拟胃液（SGF）存在下能够在144 ± 4秒内促进血液凝固。
CRediT作者贡献声明
李青：撰写 – 原稿撰写、研究、数据分析、概念化。王轩祺：监督、方法论、研究、数据分析。于坤：资源获取、项目管理、方法论。冷彦秋：软件使用、方法论、研究。王永超：资源获取、项目管理、方法论、数据分析。周志航：软件使用、资源获取、项目管理、方法论。戴芳音：撰写 – 审稿与编辑、资金筹集。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报道工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了重庆市自然科学基金（编号CSTB2024NSCQ-LZX0018）、西南大学创新研究2035试点计划（编号SWU-XDPY22010）、重庆市自然科学基金项目（编号cstc2021jcyj-cxtt0005）、中央高校基本科研业务费（编号SWU-KT24013）以及重庆市研究生研究创新项目（编号CYB240128）的支持。
