仿贻贝足蛋白5构建长效内皮仿生抗血栓涂层的双仿生策略及其在血液接触器械中的应用

为解决长期植入心血管器械血栓形成难题，研究人员受贻贝足蛋白(Mefp-5)启发，开发了兼具胺基/炔基的聚合物(ACPA)涂层，通过点击化学依次固定一氧化氮(NO)生成酶和肝素(Heparin)，形成双重仿生抗血栓表面。该涂层在极端环境下保持86%肝素活性和88% NO释放效率，显著降低体外/体内血栓形成，为血液接触器械提供了长效抗血栓解决方案。

　　

心血管植入器械如人工心脏瓣膜和血管支架的广泛应用虽拯救了无数生命，但这些异物表面极易引发血栓形成。目前临床依赖长期抗凝药物治疗，却面临肝素诱导血小板减少症(HIT)和出血风险等副作用。自然界中，血管内皮细胞通过协同释放一氧化氮(NO)和表达肝素硫酸盐实现完美抗血栓功能，而贻贝足蛋白(Mefp-5)则以其独特的酚胺协同作用在恶劣环境中保持超强粘附力。如何模仿这两种自然机制构建长效抗血栓涂层，成为突破血液接触器械发展瓶颈的关键。

针对这一挑战，来自东莞人民医院等机构的研究团队在《Bioactive Materials》发表创新成果。研究人员首先设计合成含胺基/炔基的Mefp-5模拟物(ACPA)，通过氧化聚合形成化学稳定性优异的PACPA预涂层；随后利用点击化学固定可催化NO释放的N₃-DOTA-Cu复合物，再通过碳二亚胺化学共价接枝抗凝剂肝素，最终构建出双重仿生抗血栓表面。研究采用石英晶体微天平(QCM-D)实时监测生物分子固定效率，通过化学发光法测定NO释放动力学，并结合体外血小板黏附实验和兔动静脉分流模型系统评价抗血栓性能。

3.1 PACPA涂层的制备与表征
通过核磁共振(¹H NMR)和红外光谱(FTIR)证实成功合成含儿茶酚/炔基的ACPA聚合物。该材料在316L不锈钢表面氧化形成的PACPA涂层厚度达85nm，表面胺基密度(16.04 nmol/cm²)是聚多巴胺涂层的3倍。XPS分析显示涂层通过迈克尔加成和希夫碱反应交联，在pH 2-13和H₂O₂环境中保持结构稳定，为生物分子锚定提供理想平台。

3.2 内皮仿生抗血栓表面的构建
电子顺磁共振(EPR)证实Cu²⁺成功螯合至DOTA分子。QCM-D显示N₃-DOTA-Cu和肝素的固定密度分别达463 ng/cm²和445 ng/cm²。FTIR特征峰证实三唑环形成和肝素磺酸基团存在。改性表面接触角降至23.6°，抗凝血酶(FIIa)和抗Xa因子活性显著抑制，APTT延长超90秒，NO释放速率(4.2×10^-10 mol/cm²/min)接近天然内皮水平。

3.3 抗血栓性能验证
肝素修饰使纤维蛋白原(Fg)吸附量降低72%。NO功能化表面通过cGMP途径抑制血小板活化，使环磷酸鸟苷(cGMP)水平升高5倍。兔动静脉分流模型中，双重功能化涂层血栓重量(2.23mg)较对照组(32.61mg)降低93%，血流保持率超99%，电镜显示表面几乎无血小板黏附。

3.4-3.5 长效性能评估
极端条件处理后涂层Cu/S元素保留率>85%，4周浸泡后NO释放效率和肝素活性保持率仍达88%和86%。长期动物实验证实，处理后的涂层仍能维持95%以上血流通过率，显著优于临床常用材料。

该研究通过仿生Mefp-5的粘附机制和内皮细胞的抗血栓功能，创新性地将点击化学与碳二亚胺化学相结合，解决了传统抗血栓涂层生物分子固定不牢、活性维持短的难题。所开发的涂层在化学稳定性、生物相容性和长效性方面均表现出显著优势，为心血管植入器械提供了革命性的表面改性策略。特别是其模拟天然内皮的双重抗血栓机制——通过NO抑制血小板活化和肝素阻断凝血级联反应，实现了接近生理状态的抗血栓效果，有望显著降低患者对抗凝药物的依赖。这项技术不仅适用于心血管支架、人工心脏等长期植入器械，也可拓展至体外循环管路、血液透析膜等短期使用设备，具有广阔的临床应用前景。