Utilisations magiques de l'argile ! Nouvelle avancée dans la méthode d'hémostase « traditionnelle »

Produit par : Science Popularization China

Auteur : Wang Xiaomei, Wang Aiqin et Mou Bin (Institut de physique chimique, Lanzhou, Académie chinoise des sciences)

Producteur : China Science Expo

Note de l'éditeur : Afin de dévoiler le mystère du travail scientifique et technologique, le projet technologique de pointe de la Chine a lancé une série d'articles intitulée « Moi et mes recherches », invitant les scientifiques à écrire leurs propres articles, à partager leurs expériences de recherche scientifique et à créer un monde scientifique. Suivons les explorateurs à la pointe de la science et de la technologie et embarquons pour un voyage plein de passion, de défis et de surprises.

Quand j'étais enfant à la campagne, si mon doigt était accidentellement coupé et saignait, les gens prenaient de la terre meuble sur le chemin de campagne et la saupoudraient sur la plaie. Tandis que ce sable extrêmement fin et doux tombait, la plaie cessa miraculeusement de saigner. Il s’avère que la « terre » peut également arrêter les saignements.

Alors, quel est le secret du « sol » qui peut arrêter le saignement ?

En fait, le principe par lequel la « terre » peut arrêter le saignement est d’utiliser les propriétés d’adsorption et de coagulation de la « terre ». Le « sol » est généralement un mélange de particules de sable fin et d’argile. Parmi elles, les particules d’argile sont plus collantes et peuvent absorber une grande quantité d’eau. Lorsque le « sol » est appliqué sur la plaie, les particules d’argile peuvent absorber l’humidité du sang et coaguler en grumeaux, tout en adsorbant les bactéries et les impuretés à la surface pour prévenir l’infection.

Prenez une poignée de terre

(Source de la photo : galerie photo veer)

Aujourd'hui, la science moderne a prouvé que le principal composant de l'argile dans le « sol » qui peut arrêter le saignement est le minéral argileux silicaté. Les principales sont la kaolinite, l'halloysite et la serpentine, dont les couches d'unités structurales sont 1:1 entre le tétraèdre silicium-oxygène et l'octaèdre aluminium-oxygène ; et la montmorillonite, l'attapulgite, la sépiolite, la pyrophyllite, l'illite et la vermiculite, dont les couches d'unités structurales sont 2:1. Ces minéraux argileux peuvent former des cristaux minéraux avec différentes structures (en couches, en chaîne de couches), morphologies (sphériques, en forme de bâtonnet, fibreuses, tubulaires, lamellaires) et dimensions (0D, 1D, 2D).

La structure nanocristalline unique, la charge structurelle permanente, le domaine intercouche contrôlable et la structure poreuse spéciale ont été largement utilisés dans de nombreux domaines grâce à différents traitements de processus, à la régulation de la structure et de la fonction de surface.

Les minéraux argileux ont été utilisés dans de nombreuses applications en hémostase, mais ils présentent tous leurs propres défauts.

Ces dernières années, de grands progrès ont été réalisés dans la recherche sur les minéraux argileux silicatés naturels dans l’hémostase. La kaolinite peut activer les facteurs de coagulation grâce à une charge négative, tout en favorisant directement la formation de fibrine et en accélérant la coagulation sanguine . C'est pourquoi la gaze non tissée imprégnée de kaolin (le minéral principal est la kaolinite) (Quick-Clot Combat Gauze®) est devenue dès les premiers jours le premier choix pour les pansements hémostatiques. Cependant, il présente certains inconvénients tels qu’un taux d’hémostase lent, la nécessité d’utilisations multiples et un effet médiocre sur les patients souffrant de troubles de la coagulation.

En revanche, la montmorillonite gonfle facilement lorsqu'elle entre en contact avec l'eau et peut se réticuler avec les ingrédients efficaces du sang pour former une barrière pâteuse avec une forte plasticité et adhérence. En même temps, il active la réaction de cascade de coagulation grâce à la charge négative présente à sa surface et accélère l'hémostase. Cependant, les agents hémostatiques granulaires à base de montmorillonite peuvent provoquer des réactions inflammatoires locales et des lésions de la paroi vasculaire, accompagnées d'une coagulation excessive entraînant un risque de thrombose d'organe distal. C'est pourquoi, ces dernières années, ils ont été principalement utilisés pour construire des matériaux hémostatiques composites.

De plus, des progrès importants ont été réalisés dans la recherche sur l'halloysite tubulaire et la sépiolite fibreuse dans l'hémostase, mais les propriétés et mécanismes hémostatiques des minéraux argileux eux-mêmes doivent être étudiés plus en détail.

L’attapulgite, qui possède de bonnes propriétés d’adsorption, peut-elle être utilisée pour arrêter les saignements ?

L'attapulgite (également connue sous le nom de palygorskite) est un minéral de silicate d'aluminium riche en magnésium hydraté avec des pores réguliers (0,37 nm × 0,64 nm) et une morphologie cristalline en bâtonnet unidimensionnelle (environ 1 à 5 μm de long et environ 20 à 70 nm de diamètre). En raison de sa structure cristalline unique et de ses excellentes propriétés physiques et chimiques, il a été largement utilisé dans l'adsorption, le colloïde, le support et le renforcement, mais il existe encore une lacune dans la recherche sur l'hémostase.

Morphologie et structure nanoporeuse de l'attapulgite

(Source de l'image : Institut de physique chimique de Lanzhou, Académie chinoise des sciences)

L'équipe des matériaux fonctionnels minéraux de l'Institut de physique chimique de Lanzhou, Académie chinoise des sciences, s'est depuis longtemps engagée dans la recherche sur les applications fonctionnelles de l'attapulgite et a élargi de nombreux nouveaux domaines d'application de l'attapulgite. Étant donné son fort effet d’adsorption, nous nous demandons naturellement si l’attapulgite peut être utilisée pour arrêter les saignements ?

L'attapulgite peut former différentes structures au cours de son processus de formation géologique. L'attapulgite dioctaédrique possède de bonnes propriétés d'absorption d'eau. Les particules d’attapulgite peuvent-elles absorber rapidement l’eau du sang et se condenser en blocs ? Sur la base d’une compréhension approfondie de la microstructure, l’équipe a commencé des travaux de recherche connexes.

Des études ont montré que l’attapulgite possède certaines propriétés hémostatiques, mais par rapport aux matériaux hémostatiques utilisés en pratique clinique, son efficacité hémostatique doit être améliorée. Afin d'améliorer encore le taux d'absorption d'eau, l'équipe a utilisé la dissolution en gradient d'acide oxalique de l'attapulgite pour augmenter la surface spécifique, le volume des pores et les groupes tensioactifs. L’étude a révélé que l’attapulgite dissoute dans l’acide oxalique pendant 1 heure a le meilleur effet procoagulant.

Pour explorer davantage le mécanisme hémostatique, les chercheurs ont analysé les propriétés physiques et chimiques telles que les changements dans les ions métalliques, la charge de surface et l'hydrophilie de l'attapulgite érodée par le gradient d'acide oxalique.

Des études ont montré qu'à mesure que le temps de dissolution de l'acide oxalique augmente, les ions Fe3+ et Mg2+ libérables dans le squelette de l'attapulgite diminuent considérablement, la charge de surface devient plus négative et l'angle de contact diminue considérablement puis augmente légèrement. Après 1 heure de dissolution, les ions fer trivalents et les ions magnésium divalents nécessaires au processus d'hémostase ont été mieux retenus, ce qui a été bénéfique pour accélérer la réaction de coagulation.

En corrélant les changements dans la structure des nanopores de l'attapulgite, son mécanisme hémostatique est principalement attribué aux nanopores fournissant un support pour l'adhésion des cellules sanguines et la formation de caillots sanguins, une excellente absorption d'eau, une charge négative activant la voie de coagulation endogène et un processus de coagulation assisté par des ions métalliques.

Propriétés physicochimiques de l'attapulgite attaquée à l'acide et son mécanisme hémostatique

(Source de l'image : Institut de physique chimique de Lanzhou, Académie chinoise des sciences)

Un pas de plus ! L’argile attapulgite à dimensions mixtes peut-elle être utilisée pour arrêter les saignements ?

Les recherches menées à ce jour ont montré que divers minéraux argileux ont différents degrés de propriétés hémostatiques, mais avec la consommation rapide de ressources minérales argileuses de haute qualité et de haute pureté, l'utilisation à haute valeur ajoutée des minéraux argileux à dimensions mixtes a reçu une grande attention.

Contrairement à l'attapulgite de haute pureté formée par le dépôt d'une éruption volcanique, le minerai d'attapulgite formé par le dépôt d'un lac d'eau salée intérieur est principalement composé d'attapulgite unidimensionnelle, accompagnée de minéraux mixtes bidimensionnels d'illite, de chlorite, de kaolinite et d'illite-montmorillonite. Afin d'obtenir une utilisation complète du minéral, l'équipe l'a défini comme une argile attapulgite à dimensions mixtes (MDAPT) du point de vue de la minéralogie appliquée et de la science des matériaux minéraux. Les réserves de ressources prouvées à Linze, dans le Gansu, atteignent à elles seules 1,35 milliard de tonnes.

L'argile attapulgite mixte dimensionnelle rassemble des minéraux argileux présentant différents degrés de propriétés hémostatiques. Alors, son effet hémostatique peut-il avoir un effet cumulatif ?

Sur la base des différences dans les propriétés de divers minéraux argileux, l'équipe a sélectionné l'argile attapulgite mixte dimensionnelle, la montmorillonite, la kaolinite, l'halloysite et la zéolite pour réaliser une étude comparative sur leurs propriétés hémostatiques. Les propriétés hémostatiques et le mécanisme du matériau ont été systématiquement étudiés en sélectionnant des indicateurs tels que l'absorbance dynamique de l'hémoglobine du sang total, l'indice de coagulation, la dynamique du plasma, l'adhésion et l'activation des globules rouges et des plaquettes, et le modèle d'hémostase de la queue coupée de la souris. L’étude a révélé que l’argile attapulgite à dimensions mixtes possède les meilleures propriétés hémostatiques.

Afin d'améliorer encore l'effet hémostatique, la dissolution par gradient d'acide oxalique de l'argile attapulgite à dimensions mixtes a également été utilisée pour corréler la relation structure-activité entre les changements de structure minérale de l'argile et les propriétés hémostatiques. Sur cette base, l'équipe a utilisé des produits disponibles dans le commerce comme contrôle et un modèle animal d'amputation de la queue de souris pour évaluer les propriétés hémostatiques de l'argile attapulgite mixte dimensionnelle gravée à l'acide.

L’étude a révélé que l’argile attapulgite à dimensions mixtes (S-1) traitée avec de l’acide oxalique pendant 1 heure avait le meilleur effet de coagulation.

Photos d'expériences de saignement et d'hémostase dans le modèle de souris à queue coupée

(Source de l'image : Institut de physique chimique de Lanzhou, Académie chinoise des sciences)

Étant donné que les globules rouges jouent un rôle important dans le processus d'hémostase, la capacité d'adhésion des biomatériaux aux globules rouges est utilisée comme paramètre principal pour étudier leur mécanisme hémostatique. Les plaquettes sont des éléments clés dans le processus de formation du thrombus. Lorsque les plaquettes sont activées, les protéines de la membrane granulaire et les protéines de la membrane plaquettaire fusionnent entre elles, et les protéines de la membrane granulaire se retournent vers la surface de la membrane plaquettaire.

Par conséquent, en étudiant l'adhésion des globules rouges et l'activation plaquettaire à la surface de l'argile attapulgite à dimensions mixtes, combinées au nombre et à la morphologie des globules rouges adhérés et au taux d'activation plaquettaire, il a été confirmé que S-1 avait la meilleure performance hémostatique.

Images SEM de l'interaction d'interface entre l'argile attapulgite à dimensions mixtes et les globules rouges et son taux d'activation plaquettaire

(Source de l'image : Institut de physique chimique de Lanzhou, Académie chinoise des sciences)

Alors quelqu'un pourrait se demander : Étant donné que l'argile attapulgite à dimensions mixtes possède de si bonnes propriétés hémostatiques, est-il sûr de l'utiliser directement ?

Il s’agit également d’un problème important auquel sont confrontés les biomatériaux lorsqu’ils passent du laboratoire à l’application clinique.

Des études préliminaires ont montré que S-1 présente une bonne biocompatibilité, mais une évaluation expérimentale in vivo ultérieure sur des petits animaux et des grands animaux est essentielle.

Évaluation de la biocompatibilité de l'argile attapulgite à dimensions mixtes

(Source de l'image : Institut de physique chimique de Lanzhou, Académie chinoise des sciences)

En conclusion, l'argile attapulgite à dimensions mixtes a été dissoute par gradient d'acide oxalique et les performances hémostatiques ont été évaluées in vivo et in vitro. Il a été confirmé que le traitement à l'acide oxalique pendant 1 heure avait le meilleur effet hémostatique et une bonne biocompatibilité, ce qui a ouvert une nouvelle voie d'application pour l'argile attapulgite à dimensions mixtes.

Cependant, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer quel minéral argileux dans les minéraux argileux attapulgitiques à dimensions mixtes contribue le plus, ainsi que des expériences complètes de vérification sur les animaux. L'équipe continuera d'avancer et, sur cette base, ciblera différentes conditions de saignement des plaies grâce à des stratégies d'assemblage et s'efforcera de concevoir des matériaux de cicatrisation multifonctionnels sous différentes formes posologiques pour répondre aux besoins personnalisés des matériaux hémostatiques.