高效止血:用环糊精来搭魔方
中科院之声 · 2019/07/10
研究形态可控的非球形人工血小板,为提高止血效率带来了新的希望。

本文转载自“中科院之声”。

快速止血:与死神赛跑

“病人大出血了,急需输血!”,相信大家经常在影视剧中看到类似的桥段。大出血每年夺去190万人的生命,在严重受伤的情况下,正常的止血过程是远远不够的,许多大出血患者在等待救援的过程中离开了人世。比如车祸意外、孕妇生产等,在生死攸关之际,迅速止血可以将患者从鬼门关拉回来,大大降低死亡率。


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人工血小板:新的研究方向

机体受到损伤后,第一个做出反应的是血小板。它们会立即被激活,从静息的圆盘状变成活化的扇子状,并聚集形成血小板凝块,起到初级止血作用。因此,血小板在止血过程中发挥着至关重要的作用。血小板输注和输血是治疗失控性出血最常见和有效的手段。

近年来,采用载体负载多肽构建人工血小板,成为了止血材料新的研究方向。人工血小板具有易合成、副作用少、可工业化生产等诸多优势。


天然血小板和人工血小板


人工血小板的优势人工血小板的优势

纳米粒作为人工血小板时,纳米粒的形状对其理化性质、生物性质的展现发挥着重要作用,因此纳米粒的形状在很大程度上决定人工血小板的止血效率。人体内的生物识别机制更容易识别球形结构,而非球形的纳米粒可以逃避机体的清除机制,延长循环时间,并增加对血管表面的粘附性。研究形态可控的非球形人工血小板,为提高止血效率带来了新的希望。

变形:环糊精→立方体人工血小板

日前,中科院上海药物研究所张继稳研究员团队发明了一种立方体的纳米材料,可以实现高效止血。该材料以γ-环糊精(CD)为单元。而γ-环糊精是由8个葡萄糖单元组成的环状结构化合物,是安全可注射的药用辅料。

环糊精金属有机骨架(CD-MOF)以环糊精为有机配体,钾离子为无机金属中心,配位形成安全性高的新型药物载体,其具有规则的立方体形态。


立方体人工血小板GS5-MOF立方体人工血小板GS5-MOF

科研人员以立方体的CD-MOF为基础,合成了去除钾离子的交联CD-MOF(CL-MOF)。CL-MOF是由环糊精组成的高度网状结构的立方体纳米粒。采用寡肽GRGDS来模拟纤维蛋白原的凝血机制,对微粒表面进行功能化修饰后,构建了立方体的人工血小板GS5-MOF。


体内小鼠断尾模型的研究结果表明,立方体GS5-MOF可以靶向出血损伤部位,将小鼠的出血时间和失血量降低90%,而同等剂量的球形环糊精纳米海绵(GS5-NS)只能将出血时间降低23%,失血量仅降低7%,说明GS5-MOF纳米载体的立方体形状对其高效止血起着至关重要的作用。


立方体的GS5-MOF靶向出血部位,实现高效止血(Theranostics,2019)

该研究首次采用原材料为药用辅料环糊精的立方体纳米材料,用于失控性出血的靶向治疗。立方体的GS5-MOF不仅是高效的止血剂,而且作为药物载体,可以靶向递送治疗药物,对失控性出血、动脉粥样硬化和脑卒中等血管相关疾病靶向诊疗的应用前景广阔,有望提高溶栓药的治疗效果,减少毒副作用,是血管疾病药物递送新型技术。

立方体人工血小板:广泛应用前景

本研究利用CD-MOF尺寸可控的优势提供了一种纳米级可静脉注射用或微米级可局部外用的立方体人工血小板。立方体的GS5-MOF具有独特的立方体形态,突破以往载体球形形态的限制,有效逃避巨噬细胞的吞噬和清除,提高靶向性和止血效率。

另外,采用RGD寡肽序列对立方体的CL-MOF修饰后,注射给药时可以靶向出血部位,有效发挥止血作用。CD-MOF的尺寸可控,以纳米级、微米级CD-MOF为基础,则可以提供静脉注射或外用的新型高效的人工血小板。

这一研究为进一步开发人工血小板产品奠定基础。基于这个新材料,科学家正在开发血小板相关疾病的治疗和诊断新产品,用于全身性失血的控制和车祸、手术等外部创伤的止血。

相关成果发表在国际学术期刊Theranostics上,全文链接:http://www.thno.org/v09p2489.htm。

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