納米材料在止血方面的研究進展

王吉榮，貢 海，盧光照，鄧 莉 （. 海軍軍醫(yī)大學藥學院藥劑學教研室，上海 00433；. 解放軍第九六〇醫(yī)院腫瘤科，山東 濟南 5003）

創(chuàng)傷大出血是人類創(chuàng)傷死亡的第二大死因，占創(chuàng)傷死亡總數(shù)的15%[1]。在院前止血階段，傳統(tǒng)止血材料在一定程度上存在止血效果不佳、儲存時間短、應用不方便等缺點，使得控制創(chuàng)傷大出血仍是一大亟待解決的難題。進入到院內(nèi)手術(shù)階段，簡單的紗布止血仍是一種常規(guī)選擇，這為開發(fā)新型止血材料提供了廣闊的空間。納米技術(shù)可以在納米尺度上改造并利用微觀結(jié)構(gòu)，賦予了納米材料改良的擴散性和溶解性、易于穿透生理屏障、比表面積大、藥物的緩控和靶向釋放等獨特優(yōu)勢[2]。近年來，基于脂質(zhì)體、納米粒、自組裝納米肽等納米止血材料的研究日益深入，為現(xiàn)代化新型止血材料的發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。本文旨在綜述脂質(zhì)體、納米粒、自組裝納米肽、納米纖維等多種納米止血材料的前沿設(shè)計和應用進展，為下一步研究應用提供參考。

1 脂質(zhì)體

脂質(zhì)體是一種研究廣泛的納米遞送系統(tǒng)。它通常由磷脂和膽固醇制備而成，形成磷脂分子親水頭部插入親水介質(zhì)，疏水尾部伸向疏水介質(zhì)的球形結(jié)構(gòu)，直徑大小一般在20 nm 到10 μm[3]。脂質(zhì)體的性質(zhì)隨脂質(zhì)種類、表面電荷、粒徑大小和制備方法的不同而有很大差異[4]。在止血方面，脂質(zhì)體可以包裹止血生物大分子，提高其穩(wěn)定性和生物相容性，降低生物大分子的副作用；脂質(zhì)體也可偶聯(lián)止血多肽鏈，在增強多肽鏈穩(wěn)定性的同時發(fā)揮其止血效果。根據(jù)脂質(zhì)體發(fā)揮功能的不同，可以將其大致分為止血生物大分子內(nèi)載脂質(zhì)體和止血多肽鏈修飾脂質(zhì)體[5]。Chan 等將凝血酶包裹到納米脂質(zhì)體中，并通過體外監(jiān)測血小板活化、血塊收縮等實驗來評估其凝血功能。研究結(jié)果表明，裝載凝血酶的脂質(zhì)體能被血小板內(nèi)吞利用，使這種血小板對激動劑更加敏感[6]。Nishikawa 等開發(fā)了一種纖維蛋白原γ 鏈修飾并內(nèi)載二磷酸腺苷（adenosine diphosphate，ADP）的脂質(zhì)體。該脂質(zhì)體平均直徑為210 nm，通過糖蛋白GⅡb/Ⅲa 與活化的血小板相互作用以及ADP 對血小板的增強聚集來實現(xiàn)靜脈治療患急性血小板減少癥兔肝出血模型的有效止血，并且在動物肺部、腎臟和肝臟未檢測到血栓形成[7]。Hickman 等評估了血管性血友病因子結(jié)合肽、膠原結(jié)合肽以及纖維蛋白原模擬肽修飾的脂質(zhì)體對治療豬股動脈出血的止血效能。實驗結(jié)果表明，該脂質(zhì)體處理的豬在前30 min 的失血率顯著低于對照組，并最終實現(xiàn)了完全止血。處理組動物的股動脈血塊富含摻雜脂質(zhì)體的血小板，而在其他器官組織樣本中沒有發(fā)現(xiàn)血栓形成[8]。

2 納米粒

納米粒指由大分子物質(zhì)組成的固體膠體顆粒，其粒徑大小通常為10～1 000 nm[9]。天然與合成聚合物的納米粒載藥穩(wěn)定性良好，且易于表面修飾，并可以通過調(diào)節(jié)聚合物的特性和表面修飾來實現(xiàn)藥物的可控釋放和靶向定位[10]。帶電荷的納米顆粒能與帶相反電荷的血細胞或者纖維蛋白原產(chǎn)生靜電作用，中和表面電荷后誘導其聚集，促進血液的凝固[11]。Biranje 等采用離子凝膠法制備殼聚糖納米顆粒，通過冷凍干燥將其組裝成多孔殼聚糖敷料。該殼聚糖敷料平均孔徑為4.074 nm，比表面積為61.83 m2/g，具有孔隙率高、溶脹性好、生物降解性好、生物相容性好等特點，有利于促進止血和創(chuàng)面愈合[12]。Meddahipelle 等研究證明了二氧化硅與氧化鐵納米溶液經(jīng)過納米橋聯(lián)過程可以在1 min內(nèi)實現(xiàn)大鼠皮膚和肝臟傷口的止血和組織修復[13]。Kudela 等研究制備了一種多磷酸鹽功能化的二氧化硅納米顆粒，并證明了將多磷酸鹽附著于二氧化硅納米顆?？梢援a(chǎn)生顯著增強止血的協(xié)同效應，縮短凝血時間。這種多磷酸鹽功能化的二氧化硅納米顆粒可以增強損傷部位的靶向性，最大限度地減少血栓形成并發(fā)癥的風險[14]。Sundaram 等合成了一種平均直徑約14 nm 的生物玻璃納米顆粒，并將其摻入殼聚糖水凝膠中，制備了復合水凝膠。該水凝膠具有良好的剪切稀釋性和可注入性，在體內(nèi)、外凝血實驗中表現(xiàn)出快速有效的凝血作用。這種生物玻璃納米顆粒細胞毒性低，血液相容性好，是一種有潛力的創(chuàng)傷止血材料[15]。Gkikas 等研究制備了纖維蛋白功能序列甘氨酰-精氨酰-甘氨酰-天門冬氨酰-絲氨酸（Gly-Arg-Gly-Asp-Ser，GRGDS）功能化的聚乳酸羥基乙酸/聚乙二醇（PLGA-PEG）納米顆粒。研究結(jié)果表明，這種生物相容性良好的納米顆粒靜脈注射后會積累在嚙齒動物受損肝臟的血凝塊中，從而減少失血并顯著提高存活率。PLGA-PEG-GRGDS 納米粒通過生物素、1,1'-雙十八烷基-3,3,3',3'-四甲基吲哚二碳菁高氯酸鹽（DiD）細胞膜熒光染料和金標記后，可以借助共聚焦顯微鏡、免疫組織化學和CT 成像來輔助診斷內(nèi)出血[16]。

3 自組裝納米肽

自組裝納米肽（self-assembled nanopeptides，SAP）是指將相對簡單的肽鏈通過非共價自組裝而形成的有序納米結(jié)構(gòu)肽。它不僅能用于藥物遞送，而且能在體內(nèi)任何潮濕的離子環(huán)境中形成一種納米纖維屏障，并能濃縮血液有形成分來控制出血。自組裝納米肽生物相容性良好，能在生物體內(nèi)分解成天然氨基酸，可以被周圍組織用于修復。Ellis-Behnke等用自組裝納米短肽RADA16-I 制備了一系列不同質(zhì)量濃度的溶液。在腦、股動脈和肝切口的小鼠模型中，局部使用不同濃度的溶液治療均能顯著縮短止血時間。電子顯微鏡顯示，該溶液會自組裝成屏障，阻止血液流動并促進相鄰細胞的移動來修復受損部位。這種自組裝納米短肽無毒、無免疫原性，并且其降解產(chǎn)物是氨基酸，可用于組織修復，是一種良好的止血材料[17]。Cheng 等制備了纖維蛋白功能序列（GRGDS）與層黏連蛋白功能序列酪氨酰-異亮氨酰-甘氨酰-絲氨酰-精氨酸（Tyr-Ile-Gly-Ser-Arg，YIGSR）的自組裝納米肽，并研究證明了該納米肽具有良好的生物相容性與局部止血效果，并可顯著促進肝組織再生[18]。Morgan等將3 種組織因子特異性結(jié)合多肽序列（EGRNCETHKDDQL，RLMTQDCLQQRSK，RTLAFVRFK 序列）共價結(jié)合到兩親性肽鏈骨架，自組裝成3 種納米肽纖維。研究發(fā)現(xiàn)，只有RTLAFVRFK 序列所結(jié)合的納米肽纖維才可以顯著減少失血量，且增加纖維的密度可以增強止血效果。生物相容性實驗表明，該納米肽纖維不會誘導紅細胞溶血，不會在肝損傷部位誘導炎癥，并在血漿中30 min 后仍有70%材料保持結(jié)構(gòu)的完整性[19]。

4 納米纖維

納米纖維通常指直徑為1～100 nm，并且具有一定長度的線狀納米材料。它可以通過靜電紡絲技術(shù)從各種天然與合成聚合物中提取制備而成。納米纖維具有比表面積大、可調(diào)節(jié)的孔隙率和易表面功能化等優(yōu)點，使其在抗菌止血敷料、給藥系統(tǒng)以及組織工程等生物醫(yī)學領(lǐng)域被廣泛應用。特殊材料的電紡納米纖維可形成納米纖維墊，具有比表面積大和孔隙率高的優(yōu)點，并能與止血藥物共混應用，最終達到快速止血的效果[20]。Yin 等研究開發(fā)了基于季銨化N-鹵胺殼聚糖和聚乙烯醇的新型抗菌止血納米纖維膜。該電紡膜具有均勻的納米纖維結(jié)構(gòu)，孔隙率高，與細胞外基質(zhì)相似，具有優(yōu)異的吸水性能和良好的力學性能。細胞相容性實驗結(jié)果表明，人成纖維細胞可以在這種膜上黏附并增殖，從而證明了其良好的生物相容性。在全血凝固實驗中，該膜表現(xiàn)出良好的凝血活性，不僅具有顯著的血漿吸附性，而且能誘導血小板黏附和活化[21]。Liu 等將氨基化納米銀和明膠引入羧化纖維素納米纖維中，成功制備了一種納米復合水凝膠。該復合水凝膠具有較強的機械性能、抗菌性能和良好的止血性能，在體內(nèi)外創(chuàng)面愈合模型評價中顯示出良好的生物相容性和創(chuàng)面愈合效果[22]。Dong 等設(shè)計了一種以氰基丙烯酸酯為原料，用于內(nèi)臟止血的氣體輔助原位電紡絲裝置。該裝置可以提高氰基丙烯酸酯聚合物的沉積精度，避免組織黏連；輔助氣流可以將聚合纖維吹到組織表面，可在幾秒鐘內(nèi)完成肝臟止血[23]。Chen 等以聚己內(nèi)酯為原料，制備出一種可注射的聚己內(nèi)酯花生狀納米纖維顆粒。該納米纖維顆粒可通過套管或注射器輸送到受傷部位，與血液接觸后幾秒內(nèi)重新膨脹到原來的形狀，能有效控制出血。此外，涂覆明膠層的花生狀納米纖維顆粒顯示出比商用紗布和Gelfoam?更好的血液凝血效果[24]。Sasmal 等以聚乙烯醇和殼聚糖為原料，通過靜電紡絲技術(shù)制備了聚乙烯醇/殼聚糖復合納米纖維膜，并將止血藥氨甲環(huán)酸負載其上。這種納米纖維膜顯示出良好的血液相容性與抗生物膜形成性能，并且纖維膜中的殼聚糖成分顯著增強了氨甲環(huán)酸的止血效果[25]?？焖僦寡獎﹎RDH由乙酰氨基葡萄糖納米纖維材料組成，具有血管收縮，血小板活化，紅細胞聚集等止血機制。mRDH創(chuàng)傷繃帶可有效控制嚴重內(nèi)臟損傷和肝破裂的出血，已被FDA 批準用于軍事和民用環(huán)境中快速控制肢體創(chuàng)傷的出血[26]。

5 結(jié)論與展望

納米材料因其獨特的優(yōu)勢，在止血方面有著廣泛的研究和應用價值。脂質(zhì)體、納米粒、自組裝納米肽等可以通過外部修飾和內(nèi)部負載止血材料實現(xiàn)良好的止血效果。然而，由于納米材料出現(xiàn)時間短，評價宏觀物質(zhì)的體系尚難以全方面衡量納米止血材料的潛在安全性，這使得納米材料在止血方面的應用受到了很大的限制。雖然納米止血材料存在諸多未解難題，但不妨礙研究工作者在此領(lǐng)域繼續(xù)研究拓展。研究人員首先需要從止血機制入手，著力探究機體內(nèi)細胞分子層面的止血機制，為開發(fā)新型納米止血材料提供機制保證。此外，材料工程是納米止血材料的基礎(chǔ)，開發(fā)新型天然與合成的止血化合物并深入研究其止血機制是開發(fā)新型納米止血材料的關(guān)鍵一環(huán)。最后，全面系統(tǒng)地評價止血材料的安全性（生物相容性、細胞遺傳毒性等）是運用納米止血材料的底線。研究工作者應不斷致力于開發(fā)納米止血材料安全性評價體系，深入研究機體止血機制，增強止血材料與操作者的交互性，最終研發(fā)出一種安全、便捷、高效的新型納米止血材料。