論文題目：Dressing blood-contacting devices with platelet membrane enables large-scale multifunctional biointerfacing

論文作者：王云兵  羅日方  周仲毅  胡成  楊立

獲獎等次：第三屆川渝科技學(xué)術(shù)大會優(yōu)秀論文一等獎

看不見的血小板膜可以像衣服一樣“穿在”宏觀生物材料和器械的表面？還能讓這些材料和器械改變性狀使其具備生物活性？中國生物材料學(xué)會副理事長、四川大學(xué)國家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心主任、四川大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院院長王云兵團隊的研究成果“用血小板膜修飾血液接觸裝置實現(xiàn)大規(guī)模多功能界面”給出了答案。

該項研究提出了一種細胞膜應(yīng)用新技術(shù)——大尺度連續(xù)覆蓋的血小板膜涂層（PMC），在全球首次將血小板膜“穿到”了宏觀血液接觸材料表面，使其具備生物學(xué)性能，實現(xiàn)了細胞膜覆膜從“納米”尺度到“宏觀”尺度的跨越，讓“疑問”變成了“現(xiàn)實”，并且有望在不久的將來，實現(xiàn)PMC的“可用”“好用”“普遍用”，為心腦血管疾病患者尤其是不適用抗凝藥物輔助的患者帶來福音。

“此次提出的改性策略適用于金屬、陶瓷、聚合物等多種基底材料，在國際上具有廣泛的研究價值和應(yīng)用價值。”王云兵表示。今年，該項研究成果在國際頂級期刊Matter上發(fā)表，并在第三屆川渝科技學(xué)術(shù)大會暨四川科技學(xué)術(shù)大會上獲評優(yōu)秀論文一等獎。

王云兵    

從技術(shù)盲區(qū)出發(fā)

根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）數(shù)據(jù)顯示，每年有1790萬人死于心腦血管疾病，預(yù)計到2030年這一數(shù)字將增加至2360萬，遠高于癌癥及其他疾病，如何開展積極可靠的心腦血管疾病治療已成為亟待解決的全球性問題。目前，植介入生物材料和醫(yī)療器械是治療心腦血管疾病最常用且安全有效的方式。

王云兵團隊一直致力于圍繞心腦血管植介入材料和器械臨床應(yīng)用中面臨的問題，開展相關(guān)基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和產(chǎn)品開發(fā)。“對于血液接觸材料和器械，植介入后面臨的首要難題是凝血、炎癥和組織增生風(fēng)險，通過器械表面涂層改性是提升其應(yīng)用效果最為有效的手段之一。”王云兵說。

然而，目前的改性策略并不理想。“現(xiàn)在一般是通過人工合成的兩性分子來模仿細胞膜的磷脂雙分子層對宏觀材料、器械進行改性，這種方法雖然普遍，但缺乏生物活性，應(yīng)用于血管支架、心臟瓣膜等材料無法促進組織的修復(fù)。”王云兵介紹，此種方法還存在一個“致命”缺陷：免疫排斥反應(yīng)。

為突破改性策略缺陷，王云兵團隊新奇地猜想，能否使用細胞膜給宏觀尺度生物材料、器械制備一件具有免疫逃逸功能的“隱身衣”？

在此前的研究中，國際上已有一些細胞膜包覆生物材料的研究，實驗證明，細胞膜包覆生物材料可逃脫免疫系統(tǒng)“巡查”而不被“捕捉攻擊”。

“但我們發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的細胞膜包覆研究均圍繞微小的納米材料粒子進行。”王云兵說，細胞膜在大尺度材料上的有效覆膜是血液接觸材料及器械研究領(lǐng)域中的一個盲區(qū)。

因此，對王云兵團隊而言，這幾乎是“前無古人，后無來者”的研究，必定困難重重，甚至有可能失敗，但他們并未因此望而卻步。

血管支架是心腦血管疾病常用的器械，具有疏通動脈血管的作用。王云兵團隊以血管支架為例，開啟了血小板膜包覆大尺度宏觀材料及器械的研究。

“如果可行，這將會成為一種全新的植入器械表面改性方法，取自人體再用于人體，有望獲得比以往常規(guī)的物理或化學(xué)改性更加優(yōu)異的生物學(xué)性能。”王云兵說，團隊期待著將“如果”變成“可行”。

沉心聚力掃“盲”

當問及PMC是如何制備的，王云兵用簡短的幾句話描述了制備過程，“我們首先在基材上制備了一層具有三維納米拓撲結(jié)構(gòu)的超親水涂層，然后借助這個基底涂層，讓分離出來的納米尺度的血小板膜囊泡自發(fā)地吸附在材料表面，再通過改變外界溶液環(huán)境，使納米囊泡排出其中包含的水分，與超親水涂層發(fā)生融合，最終在表面形成一層完整連續(xù)的膜。”

僅僅從字面上看，制備PMC仿佛“輕而易舉”，但這卻是王云兵團隊歷時兩年多實驗數(shù)百次才獲得的結(jié)果。

在長達2年的研究過程中，王云兵團隊遇到過三個瓶頸。一直沒辦法成功將“微觀”的血小板膜完全包覆在“宏觀”的材料、器械上是他們遇到的第一個瓶頸。完全包覆后如何實現(xiàn)血小板膜蛋白的保留是第二個瓶頸。兩者都實現(xiàn)后，如何通過實驗驗證是第三個瓶頸。

眾所周知，在科學(xué)研究中，瓶頸猶如大山橫在科技工作者與成果之間，難以翻越，但王云兵團隊卻在兩年多的時間里翻越了三座大山。

“九層之臺起于壘土，千里之行始于足下。”王云兵團隊反復(fù)實驗，不斷嘗試，不斷尋找突破口，最后他們發(fā)現(xiàn)，要實現(xiàn)PMC的成功制備，最關(guān)鍵的一步是血小板膜和基底材料的接觸融合界面設(shè)計。于是，他們把納米尺度的膜融合轉(zhuǎn)移到界面上，通過界面超親水納米粒子的分布式引導(dǎo)，成功實現(xiàn)了膜的均勻覆蓋。并且，通過各種創(chuàng)新性的評價表征技術(shù)證明，該方法制備的PMC成功保留了血小板的膜結(jié)構(gòu)和膜蛋白成分。

“第一次看到血小板膜在支架表面均勻包覆的時候，我們非常激動。”回憶起實驗成功時的心情，王云兵難掩喜悅，“不過整體上來說我們的心情是平和的，因為經(jīng)過反復(fù)論證，我們一直相信這項研究在理論上是完全可行的。”

在整個實驗過程中，王云兵作為團隊的學(xué)術(shù)帶頭人，一直倡導(dǎo)團隊沉下心來，扎根基礎(chǔ)，進行真正意義上的原創(chuàng)性研究和突破。他認為，研究的成功是整個團隊共同努力付出的結(jié)果，離不開團隊嚴謹細致的態(tài)度和腳踏實地、持之以恒的精神。

據(jù)介紹，王云兵團隊的研究首次實現(xiàn)了血小板膜對宏觀生物材料、器械的包覆，打破了之前細胞膜只能用在納米材料極微小尺度包覆的應(yīng)用限制，為生物材料及器械的表面改性提供了一個全新思路。

心腦血管疾病患者的潛在福音

王云兵團隊將PMC制備在血管支架上后，將這些支架植入到了動物體內(nèi)，結(jié)果證明，與傳統(tǒng)支架相比，PMC包覆的血管支架完全不會引起血栓和再狹窄，并且長出了非常漂亮的新生血管組織。

“這是因為PMC是由天然的血小板膜制備而成，其表面本身就具有防止血小板和炎癥細胞黏附的信號分子，同時也具有促進內(nèi)皮細胞黏附的信號分子。”王云兵解釋道，“加上我們保留了血小板膜表面的免疫逃逸蛋白，這樣既防止了材料植入后不良反應(yīng)的發(fā)生，也能夠促進組織重建，對于不適合使用抗凝藥的患者而言是一種潛在的福音。”

在傳統(tǒng)心血管疾病治療中，常用的血管支架通常為藥物涂層支架，通過在涂層中搭載一些抗炎抗增生藥物，輔以口服抗凝藥進行治療。這種方式盡管可以提升抗支架內(nèi)再狹窄的性能，藥物的使用卻抑制了內(nèi)皮細胞的生長，延遲了新生血管組織的修復(fù)進程，并且還存在被免疫系統(tǒng)“捕捉攻擊”的風(fēng)險。此外，由于涂層能夠搭載的藥物有限且需輔以口服藥，該方法并不能滿足不適用抗凝藥患者的需求。

而被PMC包覆的血管支架，仿佛穿上一件“隱身衣”，在體內(nèi)能夠完美地“偽裝”自己，從而逃避免疫系統(tǒng)攻擊。并且，PMC賦予了支架良好的抗炎抗凝血性能和細胞相容性，能夠有效阻抗血液環(huán)境中游離血小板、白細胞等物質(zhì)的黏附，在不需要藥物輔助的情況下，能夠有效降低急性血栓的形成和炎癥的發(fā)作，抑制支架內(nèi)再狹窄，并調(diào)節(jié)血管新生內(nèi)膜生長。

目前，王云兵團隊正在對這一技術(shù)進行進一步的優(yōu)化，并在研究制定標準化制備流程。他們希望通過工程化手段，實現(xiàn)細胞膜在宏觀尺度、復(fù)雜形狀植入器械上的高效穩(wěn)定及可控覆膜。

值得一提的是，王云兵團隊也正在深入研究利用內(nèi)皮細胞膜、紅細胞膜、巨噬細胞膜等其它細胞膜用類似方法進行覆膜的可行性，初步結(jié)果顯示，這一界面驅(qū)動的膜融合過程具有普適性。“從應(yīng)用角度來看，我們相信植介入醫(yī)療器械經(jīng)過宏觀尺度的細胞膜覆膜改性，未來可在炎癥及免疫調(diào)節(jié)、抗凝血改性、促組織修復(fù)等領(lǐng)域具有非常好的應(yīng)用價值。”王云兵說，“我們希望這種方法可以作為廣譜的血液接觸材料及器械表面改性方法得到推廣應(yīng)用，為心腦血管疾病患者乃至其他疾病患者提供更好的治療手段。”