近日，转化医学国家重大科技基础设施（上海）耐药肿瘤精准诊疗材料及临床应用研究用户工作站窦红静教授团队与长征医院曲乐丰、职康康团队联合在释放仿血小板颗粒的宏观超分子材料领域取得新进展，相关研究成果以“A Platelet-Substitute-Releasing Supramolecular Material for Cellular Assembly Mediated On-Demand Hemostasis”为题发表在Advanced Functional Materials上。（论文链接：http://https://doi.org/10.1002/adfm.202422686）
1. 研究背景
随着止血技术的不断突破，诸多宏观止血剂能利用自身结构黏附或填充伤口从而实现超快止血，但是它们仍难以满足易拆卸、抗伤口粘连等术后护理需求。微纳尺度的材料能通过构筑适配伤口微结构的血凝块实现更加精准和动态的止血，但是它们仅能程序化地结合有限的细胞或蛋白，这限制了血凝块的成型速度和动态性。
2. 工作简介
受血小板在止血中的重要作用启发，上海交通大学材料科学与工程学院窦红静教授团队设计了一种超分子多聚糖纳米颗粒作为血小板替代物来模仿血小板的结构与功能，该仿血小板颗粒可通过超分子力进一步组装为可加工的宏观超分子材料，这类材料可在湿态环境下响应释放内部的仿血小板颗粒，瞬时构筑具有自愈合性能的血凝块而实现快速止血。
相关研究成果以“A Platelet-Substitute-Releasing Supramolecular Material for Cellular Assembly Mediated On-Demand Hemostasis”为题发表于Advanced Functional Materials上。文章报道了一种可由水溶液触发其内部仿血小板微纳颗粒释放的宏观超分子止血材料，这种材料可被加工为多种剂型，从而适用于不同的止血场景。通过仿血小板颗粒与血细胞和血浆蛋白的动态组装，由仿血小板颗粒超分子材料所加工成的止血贴片可实现超快且动态的凝血和组织黏附，从而在抗凝猪的肝脏和股动脉出血中实现45秒内的快速止血、止血后即刻移除不造成伤口的二次出血和术后粘连，具有满足多元化的止血需求的潜力（图1）。
图1. 仿血小板的超分子贴片通过水触发可快速释放内部的仿血小板颗粒并组装蛋白、细胞和组织从而实现高效安全的止血
3. 主要研究内容
· 可调节的超分子修饰实现仿血小板颗粒的加工成型和湿响应释放
首先，以含有氨基和羟基的大分子聚糖为基材，将邻苯二酚和烷基共接枝在其主链上，制备了一种超分子的多聚糖缀合物。随后，由疏水作用驱动，其能够在水中自组装为仿血小板的多聚糖纳米颗粒。最后，基于多种超分子作用的协同，仿血小板颗粒所加工成的宏观贴片（仿血小板贴片材料）不仅能被定制为不同的止血剂型，适用于多种出血场景；而且其内部聚积的仿血小板颗粒受水分触发能从宏观贴片表面被快速释放到血液中（图2）。
图2. 仿血小板贴片材料的可加工和湿响应释放特性
· 仿血小板颗粒能够即时且坚韧的凝血
与快速减小的水接触角不同，仿血小板贴片材料具有稳定的血液接触角。通过所释放的仿血小板纳米颗粒与足量血液组份进行快速组装，其能够即刻构筑血凝胶屏障阻挡血流。值得注意的是，所形成的血凝胶具有自愈合特性，在经历了多个300%的大应变后依旧不会被破坏，这有利于抵抗血流冲击和外力破坏（图3）。
图3. 仿血小板贴片材料的体外凝血性能
· 由仿血小板颗粒组装的血凝块具有多尺度的动态结构
区别于血小板分步且特异地结合血液中少量细胞或蛋白，从贴片中释放的仿血小板颗粒能够同时组装血液中的主要成份-红细胞和白蛋白，从而超快构筑具有多尺度复合结构的血凝胶。其中，仿血小板颗粒能够快速组装红细胞使其如砖块般紧密堆砌、从而构筑微米尺度的红细胞墙，这极大地提高了血凝胶的模量。同时，血凝胶的自愈合特性源于仿血小板颗粒与红细胞或白蛋白间可逆的超分子组装，这赋予其生理性血凝块所不具备的动态性（图4）。
图4. 仿血小板颗粒与细胞和蛋白组装的多尺度动态结构
· 仿血小板颗粒通过构筑微米级黏附层即时且稳定地黏附湿组织
与仅能黏附特定细胞或蛋白的血小板不同，基于湿响应的快速释放，仿血小板贴片材料能够即时且非特异性地黏附心肝脾肺肾等多种重要脏器。同时，通过快速构筑适配组织微结构的微米级黏附层，仿血小板贴片材料可有效阻止血液从伤口界面处的渗漏，并可承受超过人体最大动脉血压的压力，这展示了其在动脉等高压出血场景中快速止血的潜力（图5）。
图5. 仿血小板贴片材料的湿组织黏附性能
· 仿血小板贴片材料在抗凝猪上实现超快止血和无再出血的拆卸
为了模拟临床上术中出血场景，对体重为60千克的猪注射肝素从而抑制生理性凝血。在肝脏打孔和股动脉针刺出血模型中，仿血小板贴片材料分别实现了45和60秒内的止血。相比于强生公司的止血贴片FibrillarTM，其止血时间和失血量分别减少了约80%和85%。同时，在止血后，仿血小板贴片材料能够被快速拆卸并避免了再出血，这满足了术后伤口清创等动态止血的需求（图6）。
图6. 仿血小板贴片材料在抗凝猪上的止血性能
· 仿血小板贴片材料有效避免术后伤口粘连
流血后的伤口会沉积大量胶原，这不可避免的造成一定程度的肝叶粘连。然而，使用仿血小板贴片材料进行止血的大鼠肝叶间无粘连和明显的胶原沉积，这满足了抗术后粘连等伤口护理的需求（图7）。
图7. 仿血小板贴片材料的抗术后粘连性能
· 仿血小板贴片材料的快速止血、动态拆卸和抗术后粘连的机制
仿血小板贴片材料上集成的多功能性源于以下几个主要过程。首先，在接触伤口处的血液时，其快速释放仿血小板颗粒，从而瞬间形成血凝胶作为密封屏障。同时，在未被血液覆盖的部位，其可通过构筑微米级黏附层即时粘结组织。最后，组织表面的血凝胶和黏附层能够与未浸泡血液的贴片动态解离，并保留在伤口处作为保护屏障，从而防止术后再出血和组织粘连（图8）。
图8. 仿血小板贴片材料的止血和抗粘连机制
4. 结论和展望
这项研究设计了一种释放仿血小板纳米颗粒的多尺度超分子材料，其具有模拟血小板的微结构和血小板所不具备的非特异性结合细胞和蛋白的能力，从而即时地构筑具有多层级结构的自愈合血凝块。这为满足快速、动态等多元化止血需求提供了新的解决方案，并有望在治疗严重创伤出血领域实现转化应用。
上海交通大学材料科学与工程学院博士生曾屹嵘为论文的独立一作，上海交通大学材料科学与工程学院杨朔助理研究员为论文第二作者，上海交通大学材料科学与工程学院窦红静教授和上海长征医院血管外科曲乐丰主任、职康康副主任为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划（2022YFE0100600）、自然科学基金（21871180, 81971710, 82370498）、国家转化医学设施（上海）转化医学研究基金（TMSK-2021-108, TMSK-2021-305）、上海交通大学“交大之星”（STAR）计划（No. 20240304）和长征医院创新临床研究重点项目（No. 2020YLCYJ-Z09）等基金的资助。
