全世界每年有 580 萬人死于嚴重創(chuàng)傷，肝臟是最常受傷的腹腔內(nèi)器官,不受控制和大量創(chuàng)傷后肝出血是導致死亡的主要原因，也是潛在可預防因素。快速有效的止血是肝外傷急救的核心原則。在大量、持續(xù)失血的情況下，身體自身的凝血能力無法快速止血。因此，使用止血劑快速止血對于涉及肝臟的外傷出血具有重要意義。現(xiàn)有兩大類止血材料：無機材料和聚合物材料在快速與降低出血量方面取得了顯著進展，但是由于材料本身性質(zhì)，還存在二次創(chuàng)傷和長期駐留降解的生物毒性等問題有待改善。同時，無法按壓止血的穿孔傷口和無法縫合的大傷口的快速止血仍然存在重大挑戰(zhàn)。
為了解決這些問題，本研究設計了一種通過三級自組裝策略發(fā)揮止血作用的多肽類凝膠止血材料。該凝膠由兩種定制設計的多肽組成（促交聯(lián)序列CRP（(RADA)4-GGQQLK）和 Ca2+結(jié)合序列CBP（(RADA)4-GSVLGYIQIR））。一級自組裝驅(qū)動力來源于(RADA)4重復序列之間的弱相互作用力—氫鍵，賦予CRP和CBP共組裝成納米纖維的能力；二級組裝驅(qū)動力來源于CBP中VLGYIQIR序列主動螯合Ca2+，可進一步加速自組裝網(wǎng)狀凝膠形成，該多肽凝膠稱為納米創(chuàng)可貼（Nano-Band-Aid: NBA）；三級自組裝驅(qū)動力來源于CRP中QQLK序列，當NBA遇到血液時，基于凝血級聯(lián)中凝血因子XIIIa（谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶）催化的；D(zhuǎn)移反應，Q和K側(cè)鏈進一步形成分子間ε-(γ-谷氨酰基)賴氨酸異肽鍵，將提升多肽凝膠纖維網(wǎng)絡與纖維蛋白的相互交聯(lián)程度，在出血原位構(gòu)建一個具有黏附能力的止血屏障（圖 1）。同時，NBA在遇到血液之后可以形成粘性凝膠固體屏障，有利于應用于穿孔傷口和大傷口的止血。該研究提供了一種溫和安全的多肽凝膠止血策略，并展示了其在穿孔傷與不可按壓傷出血中的應用潛力。
圖1. NBA 的設計和結(jié)構(gòu)特點。 (A)兩種功能化肽 CRP 和 CBP 的三階段自組裝策略示意圖。 (B)、(C)通過LC-MS表征合成的 CBP(B)和CRP(C)。 (D)CRP和CBP第一階段自組裝構(gòu)建的納米纖維的TEM圖像。 (E)等溫滴定量熱法測定CBP和Ca2+之間的親和力。 (F)、(G)Ca2+驅(qū)動第二階段自組裝后的TEM圖(F)和SEM圖(G)。 (H)、(I)在凝血因子 XIIIa (FXIIIa) 催化第三階段自組裝后NBA的TEM 圖(H)和SEM圖(I)。
在前期研究中，團隊進一步建立了三種肝臟出血模型，包括大鼠肝臟劃傷傷口、穿透性傷口以及不可縫合型傷口模型。作者進一步驗證，NBA 可以快速有效地控制了各種類型傷口的出血，包括減少出血量和減少出血時間。
圖2. NBA 的止血能力 (D) NBA控制大鼠肝臟1厘米長和0.5厘米深矢狀面的切口傷口出血的代表性圖片。 (E)、(F) 大鼠肝臟劃痕模型中的止血時間 (E) 和失血量 (F)。
進一步，NBA在快速有效控制不可壓縮型出血的同時，保持良好的安全性。如圖3的GSEA富集分析和Elisa驗證結(jié)果所示，NBA 可以有效減少傷口周圍的炎癥，這非常有利于傷口愈合。表明NBA 不僅具有快速止血能力，同時還有優(yōu)異的生物相容性。
圖3. NBA有效地減少了傷口周圍的炎癥，促進了傷口愈合。(A) 與未治療組相比，NBA治療后傷口組織中差異表達基因的火山圖。 (B)、(C) 響應NBA治療的炎癥反應(B) IL6-JAK-STAT3信號通路(C)的基因集富集分析(GSEA)結(jié)果。 (D) FIBRILLARTM處理與PBS處理相比，傷口組織中差異表達基因的火山圖 (n = 3)。 (E) (F) 響應FIBRILLARTM 治療的炎癥反應(E)和IL6-JAK-STAT3信號通路(F)的GSEA結(jié)果。(G)ELISA量化傷口組織中的四種炎癥因子：IL-6、MCP-1、NF-κB 和 TNFα。(H) NBA治療后14天肝臟傷口的代表性 H&E圖。
基于仿生三級自組裝策略的“納米創(chuàng)可貼”，提供了一種低副作用、良好生物相容性、機械性能可調(diào)控的、能夠快速有效阻止大量持續(xù)出血的止血材料選擇，將為致命性肝出血提供具有溫和、安全、可臨床轉(zhuǎn)化潛力的止血方式，同時將促進自組裝肽水凝膠作為廣泛應用止血劑的研發(fā)。
以上相關(guān)成果分別發(fā)表在Nano Letters（2021, 21, 17, 7166–7174）上。陶開山教授為本論文通訊作者，閆瑾研究員為本論文的第一作者兼通訊作者，空軍軍醫(yī)大學王洋、李霄副教授為本文共同第一作者。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.1c01800
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