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(jiǎng)等次：第三屆川渝科技學(xué)術(shù)大會(huì)優(yōu)秀論文一等獎(jiǎng)

看不見(jiàn)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(guó)生物材料學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、四川大學(xué)國(guó)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(zhǎng)王云兵團(tuán)隊(duì)的研究成果“用血小板膜修飾血液接觸裝置實(shí)現(xiàn)大規(guī)模多功能界面”給出了答案。

該項(xiàng)研究提出了一種細(xì)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(shí)現(xiàn)了細(xì)胞膜覆膜從“納米”尺度到“宏觀”尺度的跨越，讓“疑問(wèn)”變成了“現(xiàn)實(shí)”，并且有望在不久的將來(lái)，實(shí)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(lái)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(guó)際上具有廣泛的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。”王云兵表示。今年，該項(xiàng)研究成果在國(guó)際頂級(jí)期刊Matter上發(fā)表，并在第三屆川渝科技學(xué)術(shù)大會(huì)暨四川科技學(xué)術(shù)大會(huì)上獲評(píng)優(yōu)秀論文一等獎(jiǎng)。

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(wàn)人死于心腦血管疾病，預(yù)計(jì)到2030年這一數(shù)字將增加至2360萬(wàn)，遠(yuǎn)高于癌癥及其他疾病，如何開(kāi)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(wèn)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(tuán)隊(duì)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(wèn)題，開(kāi)展相關(guān)基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。“對(duì)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(xiǎn)，通過(guò)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(shuō)。

然而，目前的改性策略并不理想。“現(xiàn)在一般是通過(guò)人工合成的兩性分子來(lái)模仿細(xì)胞膜的磷脂雙分子層對(duì)宏觀材料、器械進(jìn)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(wú)法促進(jìn)組織的修復(fù)。”王云兵介紹，此種方法還存在一個(gè)“致命”缺陷：免疫排斥反應(yīng)。

為突破改性策略缺陷，王云兵團(tuán)隊(duì)新奇地猜想，能否使用細(xì)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(guó)際上已有一些細(xì)胞膜包覆生物材料的研究，實(shí)驗(yàn)證明，細(xì)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(xì)胞膜包覆研究均圍繞微小的納米材料粒子進(jìn)行。”王云兵說(shuō)，細(xì)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(gè)盲區(qū)。

因此，對(duì)王云兵團(tuán)隊(duì)而言，這幾乎是“前無(wú)古人，后無(wú)來(lái)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(dòng)脈血管的作用。王云兵團(tuán)隊(duì)以血管支架為例，開(kāi)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(huì)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(shuō)，團(tuán)隊(duì)期待著將“如果”變成“可行”。

沉心聚力掃“盲”

當(dāng)問(wèn)及PMC是如何制備的，王云兵用簡(jiǎn)短的幾句話描述了制備過(guò)程，“我們首先在基材上制備了一層具有三維納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的超親水涂層，然后借助這個(gè)基底涂層，讓分離出來(lái)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(guò)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(tuán)隊(duì)歷時(shí)兩年多實(shí)驗(yàn)數(shù)百次才獲得的結(jié)果。

在長(zhǎng)達(dá)2年的研究過(guò)程中，王云兵團(tuán)隊(duì)遇到過(guò)三個(gè)瓶頸。一直沒(méi)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(gè)瓶頸。完全包覆后如何實(shí)現(xiàn)血小板膜蛋白的保留是第二個(gè)瓶頸。兩者都實(shí)現(xiàn)后，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是第三個(gè)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(tuán)隊(duì)卻在兩年多的時(shí)間里翻越了三座大山。

“九層之臺(tái)起于壘土，千里之行始于足下。”王云兵團(tuán)隊(duì)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，不斷嘗試，不斷尋找突破口，最后他們發(fā)現(xiàn)，要實(shí)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(jì)。于是，他們把納米尺度的膜融合轉(zhuǎn)移到界面上，通過(guò)界面超親水納米粒子的分布式引導(dǎo)，成功實(shí)現(xiàn)了膜的均勻覆蓋。并且，通過(guò)各種創(chuàng)新性的評(píng)價(jià)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(shí)候，我們非常激動(dòng)。”回憶起實(shí)驗(yàn)成功時(shí)的心情，王云兵難掩喜悅，“不過(guò)整體上來(lái)說(shuō)我們的心情是平和的，因?yàn)榻?jīng)過(guò)反復(fù)論證，我們一直相信這項(xiàng)研究在理論上是完全可行的。”

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，王云兵作為團(tuán)隊(duì)的學(xué)術(shù)帶頭人，一直倡導(dǎo)團(tuán)隊(duì)沉下心來(lái)，扎根基礎(chǔ)，進(jìn)行真正意義上的原創(chuàng)性研究和突破。他認(rèn)為，研究的成功是整個(gè)團(tuán)隊(duì)共同努力付出的結(jié)果，離不開(kāi)團(tuán)隊(duì)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的態(tài)度和腳踏實(shí)地、持之以恒的精神。

據(jù)介紹，王云兵團(tuán)隊(duì)的研究首次實(shí)現(xiàn)了血小板膜對(duì)宏觀生物材料、器械的包覆，打破了之前細(xì)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(gè)全新思路。

心腦血管疾病患者的潛在福音

王云兵團(tuán)隊(duì)將PMC制備在血管支架上后，將這些支架植入到了動(dòng)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(huì)引起血栓和再狹窄，并且長(zhǎng)出了非常漂亮的新生血管組織。

“這是因?yàn)镻MC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(xì)胞黏附的信號(hào)分子，同時(shí)也具有促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞黏附的信號(hào)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(jìn)組織重建，對(duì)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(guò)在涂層中搭載一些抗炎抗增生藥物，輔以口服抗凝藥進(jìn)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(xì)胞的生長(zhǎng)，延遲了新生血管組織的修復(fù)進(jìn)程，并且還存在被免疫系統(tǒng)“捕捉攻擊”的風(fēng)險(xiǎn)。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(xì)胞相容性，能夠有效阻抗血液環(huán)境中游離血小板、白細(xì)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(zhǎng)。

目前，王云兵團(tuán)隊(duì)正在對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，并在研究制定標(biāo)準(zhǔn)化制備流程。他們希望通過(guò)工程化手段，實(shí)現(xiàn)細(xì)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(tuán)隊(duì)也正在深入研究利用內(nèi)皮細(xì)胞膜、紅細(xì)胞膜、巨噬細(xì)胞膜等其它細(xì)胞膜用類似方法進(jìn)行覆膜的可行性，初步結(jié)果顯示，這一界面驅(qū)動(dòng)的膜融合過(guò)程具有普適性。“從應(yīng)用角度來(lái)看，我們相信植介入醫(yī)療器械經(jīng)過(guò)宏觀尺度的細(xì)胞膜覆膜改性，未來(lái)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(jià)值。”王云兵說(shuō)，“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。”