中国科学家用蛇毒造出“超级胶水”！手电筒一照，45秒止血！|凝血|凝胶|凝血酶|蛇毒
蛇应该是很多人的噩梦，作为滑溜溜的爬行类冷血动物，光是提起名字，就足够让人不寒而栗了。头部狭小的矛头蛇（Bothrops atrox）盛产于南美洲地区，是让人闻风丧胆的顶级毒蛇之一。但近期科学家们开发了它们的新用途，矛头蛇毒液中有一种特殊的凝血酶HC，可用于制备生物组织止血胶。现有的临床生物粘合剂如纤维蛋白胶粘附强度会受到持续的组织收缩和血液的影响而下降，不利于其止血性能。明胶虽然能够加速凝块形成，具备一定的止血特性，但无法应对类似于动脉损伤这样的大量出血情况。矛头蛇毒提取物中的血凝酶HC能在创口处迅速诱导血小板的活化和聚集，并有效地将纤维蛋白原转化为纤维蛋白，实现快速止血和组织封闭。
第三军医大学（陆军医科大学）西南医院国家重点实验室烧伤研究所的罗高兴、詹日兴与加拿大曼尼托巴大学机械工程系学者Malcolm Xing合作将HC凝血酶引入GelMA（明胶-甲基丙烯酸凝胶）中，开发了一款基于蛇毒提取物的超级凝血胶HAD，研究成果以Snake extract–laden hemostatic bioadhesive gel cross-linked by visible light为题发表在《Science Advances》上。该生物组织粘合剂基于可见光交联，在激光笔甚至是智能手机手电筒的照射下就能发挥作用，可以将凝血时间从几分钟降至几十秒，大幅减少失血量，表现出强大的伤口愈合能力。
【止血胶的制备和表征】
将TEA [1.88% (w/v)]、VC [1.25% (w/v)]、曙红Y (0.5 mM) 和 HC [1% (w/v)]等溶于甲基丙烯酸-明胶水凝胶中即可得到HAD前体。具体而言，在暴露在可见光下时，在曙红Y、TEA 和 VC等的作用下，会发生基于自由基聚合的交联反应。曙红Y作为光引发剂在可见光（450 至 550 nm）下从基态激发到三重态，并从 TEA 共引发剂中摄取氢原子。去质子化的 TEA 自由基随后在 GelMA 的甲基丙烯酰基团上开始形成自由基中心，并通过自由基反应交联。
水凝胶的粘合强度是用来评估粘合剂和组织界面相互作用的重要参数。相较于市售的医用粘合剂纤维蛋白胶而言，文中开发的止血粘合剂表现出优异的机械性能，无论是搭接剪切强度(93.52±8.61 kPa)还是粘合强度（35.64±2.96 kPa）均优于市售的纤维蛋白胶。在没有任何干预的情况下，血液的凝固时间一般是5~6min。纤维蛋白胶的凝血时间为1.29±0.13分钟。凝血酶HC通过将纤维蛋白原转化为纤维蛋白来加速凝血，从而使HAD的凝血时间降至0.76±0.05分钟。此外，植入的HAD水凝胶在机体内会逐渐降解，研究显示28天后，凝胶体积仅为17.47%。用L929 成纤维细胞评估 HAD 的细胞相容性，在培养 5 天后观察到超过 98% 的细胞活力，表明 HAD 没有毒性作用
【应用效果评估】
大鼠切尾手术会对多种组织造成伤害，包括皮肤、骨骼、结缔组织和三个大血管（一条中央动脉和两条侧静脉）。剪尾后立即将 20μl HAD凝胶前体溶液在可见光照射下敷于伤口处60秒，如上图C所示，由于光交联凝胶的存在，只出现了少量出血，而对照组的出血量高达178.66±31.45mg。纤维蛋白胶的止血时间缩短至0.86±0.11 分钟，失血量为78.65±7.58 毫克。HAD 只需要 0.57 ± 0.11 分钟，失血量仅为39.62±7.13mg。此外，HAD止血胶在应对大鼠表皮创口以及高死亡率弥漫性大出血和动脉出血等方面也表现优异。
【止血机制分析】
通过SEM观察发现，经 HAD 治疗的肝脏中血凝块显示出厚厚的纤维蛋白网，包裹并覆盖了血液的细胞成分，如上图A2和A4。纤维蛋白纤维也显得结实，凝块密密麻麻。粘合剂中的HC在纤维蛋白原转化为纤维蛋白中起到了关键作用。HAD与出血组织之间的界面也粘合良好，这是由于大量不规则的红细胞变形为密堆积的多面体聚集在内部，这有助于粘合剂和出血组织之间建立紧密的界面。整个粘连止血机制可以分为三个阶段：（i）开始止血，（ii）血小板聚集和纤维蛋白形成，（iii）凝块收缩并完全止血。在第一阶段，HAD 前体溶液扩散并渗透到组织界面，聚合后，聚合物链在组织内缠结形成互锁结构。然后，HAD 中的 GelMA 促进血小板和红细胞等血细胞的聚集和活化。同时，HC迅速触发纤维蛋白原转化为纤维蛋白，这有利于捕获更多的血小板。接着大量天然凝血酶被释放，将更多的纤维蛋白原转化为纤维蛋白。之后，血小板的丝状伪足会拉动并使纤维蛋白弯曲，从而产生应力诱导凝块收缩形成机械稳定的结构以实现完全止血。因此，基于GelMA和HC的协同作用实现了高效止血和强力粘附。
【结论】
在不可压缩的出血组织中，例如死亡率相当高的弥漫性创伤和大出血，能否快速封闭大量出血组织是性命攸关的大事。含有蛇毒提取物的HAD 能够显着加速皮肤伤口闭合的速度并大幅缩短凝血时间，与纯的甲基丙烯酸-明胶相比，HDA能够减少约50%的出血量。在可见光诱导交联后，HAD 凝胶迅速形成并达到2.5mm厚，这种快速凝胶特性使他们能够快速有效地密封受伤的组织。且止血胶的机械性能优异，粘合强度高，与创口结合良好，可抵抗大量出血和外部冲洗，表现出临床应用的巨大潜力，尤其是在重大车祸、战伤等紧急情况下。
文章来源： DOI: 10.1126/sciadv.abf9635
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。