用于快速控制和监测出血的可见水凝胶

有许多不同的事件可能导致体内过度和不受控制的出血。这可能是由于炎症和溃疡、血管异常或与外伤相关的损伤而发生的。患有易感病症的个体，例如心脏病患者，由于抗凝剂通常被用作预防措施，因此内出血的风险特别高。它们还容易出现胃肠道出血，影响了 40% 使用心脏辅助设备的患者。除了需要对这些病症进行有效治疗外，还存在控制导致动脉瘤和肿瘤细胞血管化的血流的适应症。

理想的治疗方法是快速有效地阻断受影响血管的破裂以止血并使血管壁愈合。然后阻塞材料最终会降解到足以让血液再次正常流动。

目前的处理涉及固体和液体材料作为封闭剂。通常使用由编织铂或不锈钢丝制成的线圈。它们有各种长度、形状和厚度，并使用特殊导管放入血管中。还有液体阻断剂，注射到血管内，注射后凝固。

但是目前的方法存在很多困难。由于线圈需要用于插入的特殊导管和拆卸和放置它们的专门设备，因此该过程很困难并且需要医生的强化培训。此外，有时需要放置多个线圈才能有效，有时线圈移动或紧凑，需要重复程序。液体制剂经常在注射过程中泄漏，导致放置不准确、对周围组织产生毒性作用以及需要额外尝试。这些问题增加了增加时间和成本的可能性。

此外，这些方法都无法通过传统的 CT、MRI、X 射线和透视方法准确查看过程。成功的成像将极大地帮助指导放置和随着时间的推移监测血管块。

作者之前的一项研究使用了称为水凝胶的廉价凝胶材料，试图生产一种有效的材料来控制出血。除了具有卓越的生物相容性和可调节的弹性和机械性能外，水凝胶还具有绝对变薄的能力——注射时变形，然后快速自我恢复和自我塑造以适应所需空间的能力;这允许使用标准导管进行分娩，而无需专门的设备。将硅酸盐纳米血小板盘混合到水凝胶中以模拟血小板细胞的凝血能力，所得复合材料被证明在封闭受损静脉方面非常有效。

一个由临床介入放射学专家和生物工程研究人员组成的合作团队通过添加由钽水凝胶混合物制成的成像粒子，使该项目更进了一步。钽是一种高度生物相容性的金属，已被证明可安全用于生物医学应用，并会从尿液中排出。

由寺崎研究所和梅奥诊所的科学家组成的团队进行了各种测试，以确定使用的最佳钽颗粒大小和数量以及它们对水凝胶复合材料机械性能的影响。他们还为他们的新型复合凝胶的三种成分确定了最佳配方。他们的实验表明，钽颗粒很好地分散到水凝胶复合材料中，不会影响其机械性能，并且随着时间的推移保持无菌。

该项目的另一个雄心勃勃的目标是对动脉进行出血控制实验，这是以前水凝胶无法完成的。由于动脉中的血流量和压力较高，它们的尺寸变化很大，而且它们潜在的脆弱性，这项工作带来了额外的挑战。

在活体抗凝猪模型的动脉血管上进行了各种实验后，该团队用他们的新型掺钽复合水凝胶获得了积极的结果。他们能够有效地密封猪动脉防止出血，部署时间比线圈快 40 倍。动脉阻滞还表现出稳定性和耐用性，在自然降解并被血管的结缔组织修复所取代之前，保持原位不动四个星期。

由于凝胶中含有钽成分，动物模型的动脉手术和监测是通过 CT、X 射线透视和超声以清晰、实时的可视化方式进行的。

“在我们的载钽凝胶中观察到的实验结果清楚地证明了它的有效性和多功能性，”寺崎研究所团队成员 HanJun Kim 说。“我们能够实现能够在动脉血管中可视化并准确放置稳定块以快速治疗不受控制的血管内出血的目标。”

该团队继续进行额外的实验来测试新水凝胶动脉放置的可逆性，并发现他们固化的动脉塞可以使用抽吸导管轻松移除。他们还能够通过将他们的水凝胶复合材料应用于已放置在血管中但未能实现或维持阻塞的线圈，从而获得成功的动脉阻塞。

使用这种载钽凝胶来控制出血比目前的方法具有许多独特的优势。它是一种安全、易于使用且具有成本效益的方法，在各种潜在的医疗应用中展示了最佳的有效性、精度和多功能性。

“这里开发的治疗方法是对现有方法的巨大改进，它有可能影响许多人的生命，”寺崎研究所所长兼首席执行官 Ali Khademhosseini 博士说。“这是我们研究所所做的创新和有影响力的工作的众多例子之一。”

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