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大动脉紧急止血,12秒就够浙大研发新型沸石材料可用于大动脉紧急止血

   

    假如你的手指不小心被划伤,贴个创可贴就能把血止住。那么大动脉出血呢?创可贴、纱布都没辙。外伤导致的死亡中有三分之二是由于失血过多,有没有立竿见影的止血方法?这是近十几年来科学界的新兴研究领域。近日,浙江大学化学系范杰教授的课题组发明了一种新型沸石材料,具备12秒瞬间止血能力,有望发展成为新一代止血材料,为大出血止血治疗赢得宝贵时间。
    
    相关研究论文In situ generated thrombin in the protein corona of zeolites: Relevance of the functional proteins to its biological impact《沸石表面蛋白质环中原位激活的凝血酶:功能蛋白分子和其生物作用的关联》近日在《纳米研究》杂志发表。
    
    最初,沸石是在工业上被广泛采用的催化剂和气体吸附分离剂,因灼烧时会产生沸腾现象而得名。上世纪80年代末,美国的Frank Hursey博士刮胡子时不小心刮伤了脸,血流不止。情急之下,他拿起沸石往脸上抹,发现血很快止住了。很快,他开发了一种沸石紧急止血剂,申请了专利,并通过了 FDA认证。2003年起,沸石止血剂在伊拉克战场上被美国部队用作紧急止血剂以来,已经成功拯救了许多人的生命。如今,沸石止血剂及其改进产品已经成为每一位美军的标准随身装备。
    
    “最初,人们猜测沸石的微观多孔结构可以吸附血液中的大量水分,浓缩富集血液中的凝血因子,从而加速凝血过程。”范杰教授说,基于这种理解,人们希望开发出强吸水功能更强的材料,以提高止血效率。可是,副作用来了。材料虽然吸水能力强,但同时会放热,止血的同时会灼伤皮肤,影响伤口愈合。
    
    “有的材料吸水性能更强,但为什么是沸石,尤其是含有钙离子的止血功效反而好?”范杰教授认为,答案应该在更为微观的结构中,沸石在止血的过程中,到底发生了什么变化?传统的“吸水说”,已不能解答。课题组将“材料表面功能蛋白质环(protein corona)”的概念引入到高效沸石止血材料开发,发明了一种新型的Ca-沸石止血材料,并验证和解释了这种材料的止血机制。
    
    课题组首先制备了一种Ca-沸石材料,并使其与血液接触。“我们发现,沸石表面会被血浆蛋白包裹,从而形成一层‘蛋白质环’”。实验发现,这个复合的蛋白质环具有超高促凝血活性和凝血酶活力,材料的凝血时间从120秒缩短到12秒,使得材料具有瞬间止血能力。“我们补充了稳定性试验,这种复合材料在室温下保存30个月后,仍然具有原来的高效止血能力,有效克服了传统生物酶止血材料容易失活的缺点。”
    
    研究组又通过免疫分析和生物质谱分析,发现沸石孔道中的钙离子能从血液中“捕获”并活化一种关键凝血蛋白质—凝血酶。血液中的凝血酶是激活凝血过程的一种关键蛋白,在自然状态下,它只有几十秒的活性,但在范杰教授发明的这种新型的沸石材料中,“钙离子紧紧‘抓住’这些凝血酶,让它们持续地发挥止血功效。也就是说,这种材料能让凝血酶一直出于‘开机’状态。”如果把沸石孔道中的钙离子移除,表面蛋白质环中的凝血酶则逐渐被抗凝血酶抑制失去其稳定的凝血活性。
    
    “这一止血过程不是简单的物理吸附现象,而是发生了化学反应。”范杰介绍,这是在国际上首次揭示了沸石凝血作用的分子机制。这种新型的生物-无机复合材料具有了无机硅酸盐材料的稳定性和生物凝血蛋白分子的优异的紧急止血性能。有望取代目前无机硅酸盐和生物凝血蛋白止血材料,成为新一代生物-无机紧急救生止血材料。
     
    “在此之前,我们研发的都是无机紧急止血材料,这次是第一次研发出生物-无机复合材料,”范杰教授介绍,目前国际上的紧急止血产品主要分为三类: 生物凝血蛋白、壳聚糖高分子和硅铝酸盐。其中无机硅酸盐类产品是以沸石和粘土为代表的无机型止血材料,由于其具有相对低廉的价格和稳定的优良止血效果受到美国军方和民众的广泛欢迎。壳聚糖生物高分子和凝血蛋白等生物型止血材料虽然止血效果不错,但产品价格昂贵,而且稳定性受到环境影响比较大。“我们一直希望能开发一种价格适中、止血效果优异、且性能稳定的紧急救生止血材料,提高我国紧急救生技术。”范杰说。这种新型的生物-无机复合材料同时兼备了无机材料的稳定性和生物材料的高有效性,有望取代目前的止血材料,成为新一代紧急止血材料,目前已经获得中国发明专利,并完成了动物实验,最快有望在今年下半年面世。
    
    (周炜)

更新时间:2015-1-16 18:48:52

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