基于希夫碱反应的原位固化水凝胶用于髓腔止血：一种兼具快速封闭与协同促凝功能的可注射材料

本文开发了一种基于希夫碱（Schiff base）反应原理的原位止血水凝胶，通过双醛功能化聚乙二醇（DF-PEG）与羧甲基壳聚糖/凝血酶（CMCS/Th）的氨基交联形成。该水凝胶（Gel10-Th200）展现出优异的注射性、快速固化能力（凝胶时间约54秒）和269%的吸水率，能通过物理封堵伤口并借助阳离子基团促进血细胞聚集。载凝血酶后进一步强化机械性能并启动二级止血，在兔骨髓腔出血模型中显著缩短止血时间（18.9秒）、减少失血量（0.129克），且无需外部压迫。材料兼具良好细胞相容性（细胞存活率>90%）与可忽略溶血效应（0.34%），为复杂髓腔出血部位提供了创新性止血方案。

　　

引言

随着人口老龄化加剧，老年骨折发生率逐渐上升。髓内钉植入手术会形成狭长髓腔通道，导致不可控出血。传统骨蜡等止血材料存在不可吸收、引发炎症反应及干扰骨愈合等问题。水凝胶因优异生物相容性和注射性在止血领域展现潜力，但现有技术多依赖外部刺激触发凝胶化，存在生物相容性风险或操作复杂性。基于希夫碱动态共价键构建的水凝胶体系具有自主溶胶-凝胶转变特性，兼具高生物安全性和自修复注射能力。

方法

材料制备

通过DF-PEG的醛基与CMCS/凝血酶的氨基发生希夫碱反应构建交联网络。首先筛选无药水凝胶（Gel），将15% DF-PEG与不同浓度CMCS（6%-12%）按1:1体积比混合，获得Gel6-Gel12系列。通过理化性质表征确定Gel10为最优配方，随后以Gel10为载体负载不同剂量凝血酶（50-200 U/mL），制备Gel10-Th50至Gel10-Th200系列。

表征与性能测试

傅里叶变换红外光谱（FTIR）在1,550 cm^-1处显示亚胺键特征吸收峰，证实凝胶成功合成。扫描电镜显示水凝胶具备相互贯通的孔隙结构（孔径＞100 μm）。流变测试表明Gel10-Th200的凝胶时间为54.1秒，存储模量（G′）显著提升。液体密封实验证实所有水凝胶（除15:6比例外）可维持密封超过7天。

止血机制研究

止血机制包含三个过程：固化后物理封堵伤口；阳离子表面通过静电作用促进血细胞聚集；凝血酶催化纤维蛋白原转化为纤维蛋白网络。血小板吸附实验显示Gel10-Th200的乳酸脱氢酶（LDH）活性达0.69312，红细胞吸附率为63.6%。Masson染色证实Gel10-Th200表面形成致密纤维蛋白网状结构。

药物释放与降解

体外释放曲线显示Gel10-Th200符合零级动力学模型，72小时内近乎完全释放。体外降解实验表明27天后水凝胶降解率接近100%，Gel10-Th200因交联度更高而降解更缓慢。

生物安全性评估

CCK8测试显示所有实验组细胞存活率超过90%。溶血率仅为0.34%（低于5%的安全标准）。兔模型血液常规指标均在正常范围内，主要脏器HE染色未发现明显炎症反应。

体内止血与骨修复评价

兔胫骨缺损模型中，Gel10-Th200组止血时间（18.9±0.41秒）和失血量（0.129±0.005克）显著优于Gel10组（45.95±0.78秒，0.656±0.005克）。Micro-CT显示Gel10-Th200组的骨体积分数（BV/TV）、骨密度（BMD）和小梁数量（Tb.N）均更高，小梁分离度（Tb.Sp）更低。组织学染色证实Gel10-Th200组形成丰富的骨小梁和血管结构，凝血酶通过激活细胞受体促进成纤维细胞和内皮细胞增殖，为骨组织修复创造有利条件。

结论

Gel-Th水凝胶通过希夫碱反应实现快速原位固化，结合物理封堵、静电吸附与生化促凝三重机制，显著提升髓腔止血效率。其可注射特性、优良生物相容性和骨修复促进能力，为复杂解剖部位止血材料设计提供了新策略。未来需进一步开展大型动物实验及与商业产品的对比研究，推动临床转化应用。