假如你的手指不小心被劃傷，貼個(gè)創(chuàng)可貼就能把血止住。那么大動(dòng)脈出血呢？創(chuàng)可貼、紗布都沒轍。外傷導(dǎo)致的死亡中有三分之二是由于失血過多，有沒有立竿見影的止血方法？這是近十幾年來科學(xué)界的新興研究領(lǐng)域。近日，浙江大學(xué)化學(xué)系范杰教授的課題組發(fā)明了一種新型沸石材料，具備12秒瞬間止血能力，有望發(fā)展成為新一代止血材料，為大出血止血治療贏得寶貴時(shí)間。
相關(guān)研究論文In situ generated thrombin in the protein corona of zeolites: Relevance of the functional proteins to its biological impact《沸石表面蛋白質(zhì)環(huán)中原位激活的凝血酶：功能蛋白分子和其生物作用的關(guān)聯(lián)》近日在《納米研究》雜志發(fā)表。
最初，沸石是在工業(yè)上被廣泛采用的催化劑和氣體吸附分離劑，因灼燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象而得名。上世紀(jì)80年代末，美國的Frank Hursey博士刮胡子時(shí)不小心刮傷了臉，血流不止。情急之下，他拿起沸石往臉上抹，發(fā)現(xiàn)血很快止住了。很快，他開發(fā)了一種沸石緊急止血?jiǎng)?，申請了專利，并通過了 FDA認(rèn)證。2003年起，沸石止血?jiǎng)┰谝晾藨?zhàn)場上被美國部隊(duì)用作緊急止血?jiǎng)┮詠?，已?jīng)成功拯救了許多人的生命。如今，沸石止血?jiǎng)┘捌涓倪M(jìn)產(chǎn)品已經(jīng)成為每一位美軍的標(biāo)準(zhǔn)隨身裝備。
“最初,人們猜測沸石的微觀多孔結(jié)構(gòu)可以吸附血液中的大量水分，濃縮富集血液中的凝血因子，從而加速凝血過程。”范杰教授說，基于這種理解，人們希望開發(fā)出強(qiáng)吸水功能更強(qiáng)的材料，以提高止血效率。可是，副作用來了。材料雖然吸水能力強(qiáng)，但同時(shí)會(huì)放熱，止血的同時(shí)會(huì)灼傷皮膚，影響傷口愈合。
“有的材料吸水性能更強(qiáng)，但為什么是沸石，尤其是含有鈣離子的止血功效反而好？”范杰教授認(rèn)為，答案應(yīng)該在更為微觀的結(jié)構(gòu)中，沸石在止血的過程中，到底發(fā)生了什么變化？傳統(tǒng)的“吸水說”，已不能解答。課題組將“材料表面功能蛋白質(zhì)環(huán)（protein corona）”的概念引入到高效沸石止血材料開發(fā)，發(fā)明了一種新型的Ca-沸石止血材料，并驗(yàn)證和解釋了這種材料的止血機(jī)制。
課題組首先制備了一種Ca-沸石材料，并使其與血液接觸。“我們發(fā)現(xiàn)，沸石表面會(huì)被血漿蛋白包裹，從而形成一層‘蛋白質(zhì)環(huán)’”。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)復(fù)合的蛋白質(zhì)環(huán)具有超高促凝血活性和凝血酶活力，材料的凝血時(shí)間從120秒縮短到12秒，使得材料具有瞬間止血能力。“我們補(bǔ)充了穩(wěn)定性試驗(yàn),這種復(fù)合材料在室溫下保存30個(gè)月后，仍然具有原來的高效止血能力，有效克服了傳統(tǒng)生物酶止血材料容易失活的缺點(diǎn)。”
研究組又通過免疫分析和生物質(zhì)譜分析，發(fā)現(xiàn)沸石孔道中的鈣離子能從血液中“捕獲”并活化一種關(guān)鍵凝血蛋白質(zhì)—凝血酶。血液中的凝血酶是激活凝血過程的一種關(guān)鍵蛋白，在自然狀態(tài)下，它只有幾十秒的活性，但在范杰教授發(fā)明的這種新型的沸石材料中，“鈣離子緊緊‘抓住’這些凝血酶，讓它們持續(xù)地發(fā)揮止血功效。也就是說，這種材料能讓凝血酶一直出于‘開機(jī)’狀態(tài)。”如果把沸石孔道中的鈣離子移除，表面蛋白質(zhì)環(huán)中的凝血酶則逐漸被抗凝血酶抑制失去其穩(wěn)定的凝血活性。
“這一止血過程不是簡單的物理吸附現(xiàn)象，而是發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。”范杰介紹，這是在國際上首次揭示了沸石凝血作用的分子機(jī)制。這種新型的生物-無機(jī)復(fù)合材料具有了無機(jī)硅酸鹽材料的穩(wěn)定性和生物凝血蛋白分子的優(yōu)異的緊急止血性能。有望取代目前無機(jī)硅酸鹽和生物凝血蛋白止血材料，成為新一代生物-無機(jī)緊急救生止血材料。
“在此之前，我們研發(fā)的都是無機(jī)緊急止血材料，這次是第一次研發(fā)出生物-無機(jī)復(fù)合材料,”范杰教授介紹，目前國際上的緊急止血產(chǎn)品主要分為三類： 生物凝血蛋白、殼聚糖高分子和硅鋁酸鹽。其中無機(jī)硅酸鹽類產(chǎn)品是以沸石和粘土為代表的無機(jī)型止血材料，由于其具有相對低廉的價(jià)格和穩(wěn)定的優(yōu)良止血效果受到美國軍方和民眾的廣泛歡迎。殼聚糖生物高分子和凝血蛋白等生物型止血材料雖然止血效果不錯(cuò)，但產(chǎn)品價(jià)格昂貴，而且穩(wěn)定性受到環(huán)境影響比較大。“我們一直希望能開發(fā)一種價(jià)格適中、止血效果優(yōu)異、且性能穩(wěn)定的緊急救生止血材料，提高我國緊急救生技術(shù)。”范杰說。這種新型的生物-無機(jī)復(fù)合材料同時(shí)兼?zhèn)淞藷o機(jī)材料的穩(wěn)定性和生物材料的高有效性，有望取代目前的止血材料，成為新一代緊急止血材料，目前已經(jīng)獲得中國發(fā)明專利，并完成了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，最快有望在今年下半年面世。
（周煒）
