蛇毒做的生物胶水？止血愈合“二合一”

竹叶青、银环蛇、舟山眼镜蛇……听到这些让人汗毛直竖的名字，笔者就不禁想到那些年在校园里的数次遭遇，不知道是不是毒蛇，但看着它们旁若无人的横在校园小径上，肆无忌惮的吐着芯子，就不由自主的心里发凉然后逃之夭夭。后来笔者牢牢记下了附近哪家医院储备有抗蛇毒血清……还没被蛇咬，就已经怕井绳了。

蛇毒可以伤人，也可以救人。它的主要毒性（活性）成分是蛋白质，根据作用部位及原理不同一般分为神经毒素、心脏毒素、凝血毒素、出血毒素等等。研究人员分离和研究了多种毒蛇的毒液，基于蛇毒毒素开发出了多种抗癌、镇痛、抗血栓的药物。

图1. 获取毒蛇的毒液。图片来源于网络

今天要介绍的工作，也是科学家们用蛇毒来救人的新发现。受蛇毒凝血功能的启发，陆军军医大学西南医院联合加拿大曼尼托巴大学的研究团队将从巴西矛头蝮Bothrops atrox 的毒液中提取的血凝酶（hemocoagulase, HC），引入明胶-甲基丙烯酸凝胶（GelMA），研发了一种可见光诱导的超级止血粘合剂（hemostatic adhesive, HAD）。这种HAD生物胶水可在430至530 nm的可见光作用下迅速诱导血小板活化并聚集，并有效地将纤维蛋白原转化为纤维蛋白，像胶水一样通过涂抹的方式施用之后可以实现快速止血和组织封闭。该研究结果近日已发表在Science Advances 上。

组织粘合剂，又称生物胶水，在组织修复和封闭方面比传统的缝合线可减少手术时间并减轻手术并发症。但在伤口出现大出血的情况下，血液会大大削弱生物胶水与相邻组织的粘合作用，而由于损伤、外伤和外科手术导致的大出血是导致病人死亡的主要问题。在自然凝血过程中，血小板和纤维蛋白起着重要作用，凝聚的活化血小板通过纤维蛋白交联网络产生收缩以收缩血凝块。而巴西矛头蝮的毒液刚好可以将纤维蛋白原快速转化为纤维蛋白，从而具有血液促凝活性。因而研究人员将毒液中提取的凝血酶HC，结合明胶-甲基丙酸凝胶GelMA、可见光光敏剂Eosin Y、共引发剂三乙醇胺TEA与可加速GelMA凝胶化的共聚单体N-乙烯基己内酰胺一起共同组成了光致交联止血粘合剂HAD。在430至530 nm可见光照射下可迅速交联形成物理屏障并加速纤维蛋白形成以止血。

图2. （A, B）光致交联示意图与照片；（C）各原料的紫外可见吸收光谱；（D）不同光照时间下HAD的紫外可见吸收光谱；（E, F）为GelMA和HAD的SEM图像。图片来源：Sci. Adv.

水凝胶的粘合强度是评估生物粘合剂作用的最重要特性之一。HAD生物胶水的剪切强度（93.52 ± 8.61 kPa）是市售医用纤维蛋白粘合剂（9.08 ± 2.35 kPa）的十倍还多。在猪皮上模拟的粘合测试结果，HAD拉伸强度表现也非常优秀。

图3. HAD与GelMA和市售医用纤维蛋白粘合剂的机械性能对比。图片来源：Sci. Adv.

在体外凝血实验中，HAD的凝血时间约为45秒，而没有HAD的情况下凝血时间为5至6分钟。在体内凝血实验中，HAD在大鼠肝切口和切除尾巴手术之后均可实现快速止血，用时分别约45秒和约34秒，而且失血率分别减少了79%和78%（体内凝血实验相关插图有点血腥，这里就不放了）。HAD 还可有效闭合严重受损的肝脏和腹主动脉，具有巨大医学应用潜力。

图4. HAD的体外止血性能展示。(A) 不同HC掺入量的血浆凝固动力学。(B) 血浆凝固动力学曲线 (n = 3) 线性区域的斜率 (凝固率)。(C) 包含在HAD中的HC的释放 (n = 3)。(D) HC、GelMA、HAD和纤维蛋白胶随时间凝固的图像对比。(E) 定量凝血时间 (n = 3)。（I到K）全血与HAD接触1、2和3分钟后的SEM图像。图片来源：Sci. Adv.

基于GelMA和HC的协同作用，HAD实现了有优异的凝血功能和粘合性能。其机理主要分为三步。HAD前体溶液渗透到组织界面，其中的GelMA 组分在可见光的作用下通过自由基聚合和聚集的血细胞在原位快速交联；光交联后HAD中的聚合物链与组织缠结成互锁结构并促进血小板聚集和活化；同时，HC将纤维蛋白原转化为纤维蛋白网，随后由血小板驱动的血凝块收缩形成坚固的物理屏障以实现完全止血。

图5. HAD凝血粘结过程示意图。图片来源：Sci. Adv.

优秀的机械性能、良好的组织结合能力以及可见光诱导交联带来的易用性，HAD这种基于蛇毒得生物胶水尤其适用于是在不可压迫止血的出血组织中，例如死亡率相当高的弥漫性创伤性大出血和动脉出血。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Snake extract–laden hemostatic bioadhesive gel cross-linked by visible light

Yicheng Guo, Ying Wang, Xiaohong Zhao, Xue Li, Quan Wang, Wen Zhong, Kibret Mequanint, Rixing Zhan, Malcolm Xing, Gaoxing Luo

Sci. Adv., 2021, DOI: 10.1126/sciadv.abf9635

（本文由Silas供稿）