西安交大二附院闫瑾课题组与空军军医大学陶开山课题组Nano Lett.：仿生多级自组装多肽“止血创可贴”用于腹部肝脏创伤快速止血

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全世界每年有 580 万人死于严重创伤，肝脏是最常受伤的腹腔内器官,不受控制和大量创伤后肝出血是导致死亡的主要原因，也是潜在可预防因素。快速有效的止血是肝外伤急救的核心原则。在大量、持续失血的情况下，身体自身的凝血能力无法快速止血。因此，使用止血剂快速止血对于涉及肝脏的外伤出血具有重要意义。现有两大类止血材料：无机材料和聚合物材料在快速与降低出血量方面取得了显著进展，但是由于材料本身性质，还存在二次创伤和长期驻留降解的生物毒性等问题有待改善。同时，无法按压止血的穿孔伤口和无法缝合的大伤口的快速止血仍然存在重大挑战。

 为了解决这些问题，本研究设计了一种通过三级自组装策略发挥止血作用的多肽类凝胶止血材料。该凝胶由两种定制设计的多肽组成（促交联序列CRP（(RADA)₄-GGQQLK）和 Ca²⁺结合序列CBP（(RADA)₄-GSVLGYIQIR））。一级自组装驱动力来源于(RADA)₄重复序列之间的弱相互作用力—氢键，赋予CRP和CBP共组装成纳米纤维的能力；二级组装驱动力来源于CBP中VLGYIQIR序列主动螯合Ca²⁺，可进一步加速自组装网状凝胶形成，该多肽凝胶称为纳米创可贴（Nano-Band-Aid: NBA）；三级自组装驱动力来源于CRP中QQLK序列，当NBA遇到血液时，基于凝血级联中凝血因子XIIIa（谷氨酰胺转胺酶）催化的酰基转移反应，Q和K侧链进一步形成分子间ε-(γ-谷氨酰基)赖氨酸异肽键，将提升多肽凝胶纤维网络与纤维蛋白的相互交联程度，在出血原位构建一个具有黏附能力的止血屏障（图 1）。同时，NBA在遇到血液之后可以形成粘性凝胶固体屏障，有利于应用于穿孔伤口和大伤口的止血。该研究提供了一种温和安全的多肽凝胶止血策略，并展示了其在穿孔伤与不可按压伤出血中的应用潜力。

图1. NBA 的设计和结构特点。 (A)两种功能化肽 CRP 和 CBP 的三阶段自组装策略示意图。 (B)、(C)通过LC-MS表征合成的 CBP(B)和CRP(C)。 (D)CRP和CBP第一阶段自组装构建的纳米纤维的TEM图像。 (E)等温滴定量热法测定CBP和Ca²⁺之间的亲和力。 (F)、(G)Ca²⁺驱动第二阶段自组装后的TEM图(F)和SEM图(G)。 (H)、(I)在凝血因子 XIIIa (FXIIIa) 催化第三阶段自组装后NBA的TEM 图(H)和SEM图(I)。

在前期研究中，团队进一步建立了三种肝脏出血模型，包括大鼠肝脏划伤伤口、穿透性伤口以及不可缝合型伤口模型。作者进一步验证，NBA 可以快速有效地控制了各种类型伤口的出血，包括减少出血量和减少出血时间。

图2. NBA 的止血能力 (D) NBA控制大鼠肝脏1厘米长和0.5厘米深矢状面的切口伤口出血的代表性图片。 (E)、(F) 大鼠肝脏划痕模型中的止血时间 (E) 和失血量 (F)。

进一步，NBA在快速有效控制不可压缩型出血的同时，保持良好的安全性。如图3的GSEA富集分析和Elisa验证结果所示，NBA 可以有效减少伤口周围的炎症，这非常有利于伤口愈合。表明NBA 不仅具有快速止血能力，同时还有优异的生物相容性。

图3. NBA有效地减少了伤口周围的炎症，促进了伤口愈合。(A) 与未治疗组相比，NBA治疗后伤口组织中差异表达基因的火山图。 (B)、(C) 响应NBA治疗的炎症反应(B) IL6-JAK-STAT3信号通路(C)的基因集富集分析(GSEA)结果。 (D) FIBRILLAR^TM处理与PBS处理相比，伤口组织中差异表达基因的火山图 (n = 3)。 (E) (F) 响应FIBRILLARTM 治疗的炎症反应(E)和IL6-JAK-STAT3信号通路(F)的GSEA结果。(G)ELISA量化伤口组织中的四种炎症因子：IL-6、MCP-1、NF-κB 和 TNFα。(H) NBA治疗后14天肝脏伤口的代表性 H&E图。

基于仿生三级自组装策略的“纳米创可贴”，提供了一种低副作用、良好生物相容性、机械性能可调控的、能够快速有效阻止大量持续出血的止血材料选择，将为致命性肝出血提供具有温和、安全、可临床转化潜力的止血方式，同时将促进自组装肽水凝胶作为广泛应用止血剂的研发。

以上相关成果分别发表在Nano Letters（2021, 21, 17, 7166–7174）上。陶开山教授为本论文通讯作者，闫瑾研究员为本论文的第一作者兼通讯作者，空军军医大学王洋、李霄副教授为本文共同第一作者。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.1c01800

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