摘要：近日，上海交通大学教授窦红静团队成功开发出具有自主知识产权的人工血小板技术，通过在微纳颗粒中引入适当的超分子相互作用，使其能够同时结合血细胞和血浆蛋白，实现了快速且动态的凝血效果，并能将人工血小板的凝血时间从分钟级缩短为秒级。
近日，上海交通大学教授窦红静团队成功开发出具有自主知识产权的人工血小板技术，通过在微纳颗粒中引入适当的超分子相互作用，使其能够同时结合血细胞和血浆蛋白，实现了快速且动态的凝血效果，并能将人工血小板的凝血时间从分钟级缩短为秒级。
这一新发现不仅为为人工血小板的设计开辟了新方向，更为将来人工细胞和生物材料的研发提供了新的思路，在将超分子技术用于血凝块的形成和自愈上具有较大潜力。
将凝血时间从分钟级迭代到秒级
据介绍，本次研究有两个目的：一是将人工血小板的凝血时间从分钟级缩短为秒级，实现更加快速的止血；二是希望构筑出的血凝块具有优良的动态性，能够匹配伤口的活动。
首先，为了缩短凝血时间，研究团队深入分析了血液的组份，发现其中除了离子外主要是血细胞和血浆蛋白。
其次，通过对血小板凝血过程和机制的深入思考，他们发现其凝血不够快的主要原因是仅通过特异性识别蛋白和细胞来构筑血凝块，这限制了其结合蛋白或细胞的种类和数量。所以，研究团队所设计的人工血小板拟通过同时结合大量血细胞和血浆蛋白来加快凝血。
再次，为了赋予血凝块优良的动态性，他们在人工血小板中引入了可逆的超分子相互作用，使其能够与细胞或蛋白动态地结合或解离。因此，其所构筑的血凝块还具有自愈能力。在血凝块形成之后，假如出现新的微小损伤或出血，超分子结构能够动态修复，从而保证稳定止血，避免了传统人工血小板出现血凝块解体造成的持续出血问题。
未来，假如该成果能够实现临床应用，将在以下领域发挥作用：
其一，用于急性出血和创伤救治。在创伤急救和手术治疗中，尤其能被用于大量失血患者或外伤患者中。
其二，用于血液疾病患者的术后止血，即解决患有血小板减少症或血小板功能异常的患者术后止血慢的问题（如白血病、化疗患者等）。
其三，用于个性化与精准止血。针对不同出血部位和场景，基于超分子人工血小板的形状定制特性来选择最合适的止血剂型，再和下一代微创手术器械加以结合，针对体内伤口实现高浓度的人工血小板靶向递送。
其四，用于再生医学与组织工程。基于人工血小板构筑的超分子血凝块不仅有助于止血，还可以避免受损组织和附近脏器的粘连，这在大面积创伤或手术后的组织修复过程中非常重要。
其五，用于智能医学与疾病诊疗。通过调控人工血小板上的超分子作用，实现特异性识别病变细胞或血液系统中的疾病标志蛋白，从而应用于疾病的早筛和治疗。
| 人工血小板形成的血液凝胶（来源：窦红静课题组）
开发具有自主知识产权的人工血小板技术
在出血时，天然血小板通过黏附、聚集、释放活性物质等机制迅速形成血栓，从而封堵破裂血管，实现快速止血。这一自然止血过程是人体自我保护的重要环节，但由于各种原因例如疾病或手术，患者的天然血小板数量或功能可能无法满足临床止血的需要。
传统的血小板输注是常见的治疗手段。但是，一方面其面临供体短缺、储存困难（血小板只能在室温下保存数天）、免疫排斥等一系列挑战。另一方面，战场救援、突发灾难或远程医疗（如航天医学）中，快速止血的需求更为紧迫。
在这些情况下，患者可能无法快速获得及时的血小板输注。因此，如果有一种人工血小板材料可以替代天然血小板，且兼具便携、高效的使用特性，将极大提高救治成功率，减少失血性死亡的风险。
在这一领域，学界已经开展了较为深入的人工血小板研究。多支美国科研团队在数十年前就已经通过纳米技术和细胞工程等手段，研发了多种不同类型的人工血小板，其中有一部分已经进入临床试验阶段。
然而，中国在这一领域的研究目前还处于起步阶段，相关技术研发和产品研发大多集中在基础理论和初期实验阶段。同时，尽管相关研究取得了一定的进展，但现已报道的人工血小板难以快速在伤口处高浓度地聚集，这限制了血凝块的成型速度。
此外，它们构建的血凝块主体结构是共价交联的纤维蛋白，使其在被破坏后难以自愈合，易导致活动状态下的持续出血。
正因如此，本次研究的目标不仅是希望填补中国在这一领域的空白，还希望通过技术创新实现血小板功能的进化，开发出具有自主知识产权的人工血小板技术。尤其是在血凝块的成型速度和动态性方面，该团队希望能使人工血小板在临床上迅速响应并构筑动态的血凝块结构，以便实现更加精准和稳定的止血效果。
| 人工血小板及其双网络血凝块（来源：窦红静课题组）
立足自身发现未被触及的“空白领域”
据了解，研究团队先前已经在超分子自组装领域深耕多年，构筑了多款微纳材料并被用于诊疗肿瘤和消融血栓等领域。因此，这一研究的灵感来源于血栓的解离和血液的凝固这一动态平衡的可逆过程。
窦红静告诉 DeepTech：“我想既然超分子自组装形成的微纳材料可以靶向溶解血栓，那么我们也可以通过调节其中的超分子作用，促使其超快地凝固血液。”正是这一灵感促使他们在 2020 年前后开始着手研发一种微纳颗粒做为人工血小板。
同时，虽然业内已经取得一定研究进展，但是很多技术瓶颈尚未获得突破，比如人工血小板的聚集速度慢、加工成型性差，血凝块不够坚韧和动态等。因此，研究团队决心踏上这一全新领域的探索之路。
首先，他们选择了能够提供诸多修饰位点、生物相容性的天然大分子作为基材。随后，研究团队决定采用能构建更加动态血凝块的超分子技术去制备人工血小板，因此，他们将细胞膜磷脂尾链修饰在基材上，以使其自组装成为类血小板大小的颗粒，进而将其充作人工血小板，并进一步将能提供多种超分子作用力的蛋白片段也接枝在基材上以便增强与细胞和蛋白的识别。
接着，他们开始验证人工血小板的超凝血和释放性能。
具体来说，研究团队发现超分子基团的修饰程度对凝血的影响极大。比如：当修饰程度较低时，人工血小板上的超分子结合位点会被血浆蛋白过度消耗，从而仅能结合较少的血细胞，血凝胶的速度和强度不够；当修饰程度过高时，人工血小板倾向于自身内部的结合，仅能结合较少区域的血液组份，形成的血凝胶体积较小，不利于大伤口的密封。
因此，他们需要找到最合适的超分子修饰程度。此外，还要考虑实际止血时血流的压力、保存和使用的便携性。相比于液体剂型，固体的剂型具有更强的机械性能和便携性，更适用于动脉等高压出血场景。那么，这时还有一个需要解决的问题：如何让干燥的人工血小板快速释放到血液或湿组织环境中？
针对此，他们通过调控基材成份、化学基团修饰程度，以便能在止血材料中由湿、盐环境触发释放人工血小板，从而保证能够充分发挥凝血和组织黏附特性。
随着技术的不断优化，研究团队进入了临床前研究阶段。这一阶段，他们和上海长征医院曲乐丰主任、职康康副主任团队合作开展了更加严谨的动物实验，模拟了内脏和动脉创伤的出血情况。
值得注意的是，猪的体重和成年男性相近，且被注射了肝素因此能够充分抑制理性凝血，但是人工血小板止血材料依旧能够表现出 45 秒内的快速止血。此外，在止血后数分钟，材料可从伤口处马上移除而不造成再出血，这说明基于人工血小板形成的血凝块具有足够的动态和稳定性。
通过这些实验，研究团队验证了人工血小板在多种复杂情境下的可靠性和效果，实验结果令人鼓舞，这让他们看到了这项技术从实验室走向临床的可能。
| 人工血小板在猪上进行临床前试验（来源：窦红静课题组）
人们总是对“眼见为实”的实验现象最为感兴趣，尤其是那些看起来既简单又神奇的实验。研究中，有一项体外凝血的“倒管实验”引起了大家的好奇。这个实验其实非常简单：研究团队将人工血小板悬浮液与流动的全血混合，然后观察是否能够形成倒置的血凝胶。
在做这个实验时，窦红静的博士生曾屹嵘在实验室将全血与人工血小板悬浮液混合。这时候，他总会吸引附近研究者的关注。大家纷纷惊叹于血液与人工血小板相遇后“凝血”的奇妙变化，仿佛血液在“变魔术”一样。
而且，窦红静在给学生讲授“超分子材料及其生物医学应用”课程的时候，也曾现场演示过人工血小板的超快凝血能力。这一幕同样引发了学生们的热烈讨论。血液在几秒钟内迅速凝结成块，几乎每个学生都很惊讶，然后纷纷开始提问：为什么人工血小板可以这么快地起作用？这种超分子技术在医学中的应用又会带来怎样的突破？“同学们的讨论十分热烈，甚至有些学生在课后主动向我询问更多的科研资料和背景知识。”窦红静回忆称。
上述种种场景让她意识到，科研不仅是实验室里的数据和图表，更重要的是能够通过一些简单而直观的实验，激发学生对科学的好奇心和探索欲。看着学生从疑问中找到答案，从惊讶中引发思考，作为教师和导师，窦红静也感到十分欣慰。
同时，这种“眼见为实”的实验，是一种不可多得的教学工具，它将复杂的科学概念转化为生动的现象，让学生理解并感受科学的魅力，甚至能激发学生对于未来科研道路的无限想象。
视频 | 人工血小板的体外凝血过程 （来源：Advanced Functional Materials）
而关于本次研究的相关论文则以《一种可释放血小板替代物的超分子材料用于细胞组装介导的按需止血》（A Platelet-Substitute-Releasing Supramolecular Material for Cellular Assembly Mediated On-Demand Hemostasis）为题发表于 Advanced Functional Materials[1]，曾屹嵘是第一作者，窦红静、曲乐丰、职康康担任共同通讯作者。
研究团队补充称：
首先，止血急救是未来实现技术应用的第一步。在术中，患者可能因为严重出血导致生命危险。他们在本次研究之中基于人工血小板技术，研发出了能够在极短时间内迅速凝血的血小板替代物，解决了凝血障碍患者的术中止血难题。同时，在户外急救中，人工血小板技术构筑的动态血凝块能够适配不同形状的伤口，这解决了活动状态下容易再出血的问题。因此，研究团队将把这一技术推向术中医疗和户外急救领域，提供快速、有效的止血方案。
其次，创后护理抗组织粘连也是本次技术的一大应用方向。在接受外科手术之后，许多患者会面临手术部位的组织粘连问题，导致恢复期长、疼痛加剧，甚至需要二次手术。而人工血小板不仅能够在止血过程中发挥作用，还能在伤口愈合阶段减少粘连的形成。未来，研究团队将协同止血应用把这一技术应用于手术后的护理过程中，帮助患者减少术后并发症，加速恢复。尤其是在腹部、胸部等大手术后，能够减少粘连对患者的身体影响。
最后，血管内栓塞疗法是本次人工血小板技术的另一项规划。血管栓塞广泛应用于治疗肿瘤、出血性疾病等，但目前传统栓塞主要依赖外源性材料堵塞血管。未来，研究团队希望通过人工血小板的技术，可以在血管内精确形成以血液成份为主的栓塞块，以便实现更好的生物相容性和生物活性，并减少对健康组织的损伤。
总之，通过推动技术的转化应用，他们希望不仅能够帮助患者提高治疗效果和生活质量，还能为中国智能医疗服务行业注入新的活力。
目前，研究团队正计划成立一家专注于智能精准医疗服务的公司，依托上海交通大学和长三角地区创业政策，他们将致力于将人工血小板技术应用于止血急救、创后伤口护理和血管栓塞疗法等临床领域。
参考资料：
1.Yirong Zeng et al. A Platelet-Substitute-Releasing Supramolecular Material for Cellular Assembly Mediated On-Demand Hemostasis. Advanced Functional Materials(2025). https://doi.org/10.1002/adfm.202422686
2.Shi, J., Lin, Y., Li, P. et al. Monolithic-to-focal evolving biointerfaces in tissue regeneration and bioelectronics. Nature Chemical Engineering 1, 73–86 (2024). https://doi.org/10.1038/s44286-023-00008-y
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来源：新浪财经