图1. 仿内皮膜结构抗凝血涂层(PMPCC-Hep)与2种传统肝素涂层(EPA-Hep和Hep)的构建示意图。
凝血和血浆渗漏是聚丙烯(PP)中空纤维膜氧合器在体外膜氧合(ECMO)治疗中最常见的两大难题,阻碍了长时间安全使用。西北大学宫永宽教授与史素青教授、浙大二院急诊医学科张茂教授等通过模拟内皮细胞膜的结构与功能,开发了一种超亲水仿内皮膜抗凝血涂层(SEMMC)。通过在PP膜氧合器及体外管路材料表面构建仿贻贝万能黏附聚多巴胺(PDA)介导层提供氨基,多点锚定含羧基的磷酰胆碱共聚物(PMPCC)形成仿细胞膜抗污染界面,最后在PMPCC涂层微缺陷处裸露的氨基上接枝肝素(Hep),从而构建了适用于PP氧合膜材料的超薄、超亲水的抗凝血涂层(PMPCC-Hep)。经过上述修饰的PP膜能显著抑制99%的血小板粘附及95%的蛋白质吸附,有效避免了血栓生成。这种SEMMC涂层也保留了血液的正常凝血功能,可大幅降低出血风险,为ECMO治疗的安全性提供了有力保障。在猪体外模型的测试中,该涂层成功实现了长达15小时的无肝素ECMO运行,且抗渗漏时间相比传统PP膜材料延长了18倍。研究成果针对PP膜材料在ECMO应用中的关键难题,为开发高效抗凝、使用更安全且寿命更长的PP膜氧合器开辟了新途径。
图2. 不同抗凝血涂层改性聚丙烯中空纤维膜氧合器并联猪体外循环实验示意图(A);各氧合器末端血液氧饱和度随循环时间变化图(B);氧合器表面(C)及入口端(D)血栓形成照片;未改性膜(E)、普通肝素(F)和仿内皮膜涂层(G)改性氧合膜在实验时间表面血栓的SEM照片。
张茂课题组是国内心肺复苏转化研究的主要中心,建立齐全的细胞-小鼠-大鼠-猪复苏模型,其中有最大规模的模式大动物复苏平台,开展多项创新复苏药械的转化研究,包括国产ECMO主机与抗凝涂层膜氧合器、智能机械按压装置、通气优化策略、智能REBOA、食道温控装置、脑功能监测仪、干细胞与能量复苏新制剂等,获国家重点研发、国自然、省重点研发等近20个项目支持,在ACS nano、Brief Bioinform、Br J Anaesth、World J Emerg Surg、Stem Cell Res Ther、J Am Heart Assoc、Shock等发表SCI论文30余篇。
本工作得到国家自然科学基金项目(52273150, 21774100),浙江省重点研究与发展计划项目(2021C03073, 2021C03036), 陕西省重点研究与发展计划(2021SF-042)支持.