近日，上海交通大學教授竇紅靜團隊成功開發出具有自主知識產權的人工血小板技術，通過在微納顆粒中引入適當的超分子相互作用，使其能夠同時結合血細胞和血漿蛋白，實現了快速且動態的凝血效果，并能將人工血小板的凝血時間從分鐘級縮短為秒級。

（來源：竇紅靜課題組）

這一新發現不僅為為人工血小板的設計開辟了新方向，更為將來人工細胞和生物材料的研發提供了新的思路，在將超分子技術用于血凝塊的形成和自愈上具有較大潛力。

圖 | 竇紅靜（來源：課題組）

將凝血時間從分鐘級迭代到秒級

據介紹，本次研究有兩個目的：一是將人工血小板的凝血時間從分鐘級縮短為秒級，實現更加快速的止血；二是希望構筑出的血凝塊具有優良的動態性，能夠匹配傷口的活動。

首先，為了縮短凝血時間，研究團隊深入分析了血液的組份，發現其中除了離子外主要是血細胞和血漿蛋白。

其次，通過對血小板凝血過程和機制的深入思考，他們發現其凝血不夠快的主要原因是僅通過特異性識別蛋白和細胞來構筑血凝塊，這限制了其結合蛋白或細胞的種類和數量。所以，研究團隊所設計的人工血小板擬通過同時結合大量血細胞和血漿蛋白來加快凝血。

再次，為了賦予血凝塊優良的動態性，他們在人工血小板中引入了可逆的超分子相互作用，使其能夠與細胞或蛋白動態地結合或解離。因此，其所構筑的血凝塊還具有自愈能力。在血凝塊形成之后，假如出現新的微小損傷或出血，超分子結構能夠動態修復，從而保證穩定止血，避免了傳統人工血小板出現血凝塊解體造成的持續出血問題。

未來，假如該成果能夠實現臨床應用，將在以下領域發揮作用：

其一，用于急性出血和創傷救治。在創傷急救和手術治療中，尤其能被用于大量失血患者或外傷患者中。

其二，用于血液疾病患者的術后止血，即解決患有血小板減少癥或血小板功能異常的患者術后止血慢的問題（如白血病、化療患者等）。

其三，用于個性化與精準止血。針對不同出血部位和場景，基于超分子人工血小板的形狀定制特性來選擇最合適的止血劑型，再和下一代微創手術器械加以結合，針對體內傷口實現高濃度的人工血小板靶向遞送。

其四，用于再生醫學與組織工程。基于人工血小板構筑的超分子血凝塊不僅有助于止血，還可以避免受損組織和附近臟器的粘連，這在大面積創傷或手術后的組織修復過程中非常重要。

其五，用于智能醫學與疾病診療。通過調控人工血小板上的超分子作用，實現特異性識別病變細胞或血液系統中的疾病標志蛋白，從而應用于疾病的早篩和治療。

圖 | 人工血小板形成的血液凝膠（來源：竇紅靜課題組）

開發具有自主知識產權的人工血小板技術

在出血時，天然血小板通過黏附、聚集、釋放活性物質等機制迅速形成血栓，從而封堵破裂血管，實現快速止血。這一自然止血過程是人體自我保護的重要環節，但由于各種原因例如疾病或手術，患者的天然血小板數量或功能可能無法滿足臨床止血的需要。

傳統的血小板輸注是常見的治療手段。但是，一方面其面臨供體短缺、儲存困難（血小板只能在室溫下保存數天）、免疫排斥等一系列挑戰。另一方面，戰場救援、突發災難或遠程醫療（如航天醫學）中，快速止血的需求更為緊迫。

在這些情況下，患者可能無法快速獲得及時的血小板輸注。因此，如果有一種人工血小板材料可以替代天然血小板，且兼具便攜、高效的使用特性，將極大提高救治成功率，減少失血性死亡的風險。

在這一領域，學界已經開展了較為深入的人工血小板研究。多支美國科研團隊在數十年前就已經通過納米技術和細胞工程等手段，研發了多種不同類型的人工血小板，其中有一部分已經進入臨床試驗階段。

然而，中國在這一領域的研究目前還處于起步階段，相關技術研發和產品研發大多集中在基礎理論和初期實驗階段。同時，盡管相關研究取得了一定的進展，但現已報道的人工血小板難以快速在傷口處高濃度地聚集，這限制了血凝塊的成型速度。

此外，它們構建的血凝塊主體結構是共價交聯的纖維蛋白，使其在被破壞后難以自愈合，易導致活動狀態下的持續出血。

正因如此，本次研究的目標不僅是希望填補中國在這一領域的空白，還希望通過技術創新實現血小板功能的進化，開發出具有自主知識產權的人工血小板技術。尤其是在血凝塊的成型速度和動態性方面，該團隊希望能使人工血小板在臨床上迅速響應并構筑動態的血凝塊結構，以便實現更加精準和穩定的止血效果。

圖 | 人工血小板及其雙網絡血凝塊（來源：竇紅靜課題組）

立足自身發現未被觸及的“空白領域”

據了解，研究團隊先前已經在超分子自組裝領域深耕多年，構筑了多款微納材料并被用于診療腫瘤和消融血栓等領域。因此，這一研究的靈感來源于血栓的解離和血液的凝固這一動態平衡的可逆過程。

竇紅靜告訴 DeepTech：“我想既然超分子自組裝形成的微納材料可以靶向溶解血栓，那么我們也可以通過調節其中的超分子作用，促使其超快地凝固血液。”正是這一靈感促使他們在 2020 年前后開始著手研發一種微納顆粒做為人工血小板。

同時，雖然業內已經取得一定研究進展，但是很多技術瓶頸尚未獲得突破，比如人工血小板的聚集速度慢、加工成型性差，血凝塊不夠堅韌和動態等。因此，研究團隊決心踏上這一全新領域的探索之路。

首先，他們選擇了能夠提供諸多修飾位點、生物相容性的天然大分子作為基材。隨后，研究團隊決定采用能構建更加動態血凝塊的超分子技術去制備人工血小板，因此，他們將細胞膜磷脂尾鏈修飾在基材上，以使其自組裝成為類血小板大小的顆粒，進而將其充作人工血小板，并進一步將能提供多種超分子作用力的蛋白片段也接枝在基材上以便增強與細胞和蛋白的識別。

接著，他們開始驗證人工血小板的超凝血和釋放性能。

具體來說，研究團隊發現超分子基團的修飾程度對凝血的影響極大。比如：當修飾程度較低時，人工血小板上的超分子結合位點會被血漿蛋白過度消耗，從而僅能結合較少的血細胞，血凝膠的速度和強度不夠；當修飾程度過高時，人工血小板傾向于自身內部的結合，僅能結合較少區域的血液組份，形成的血凝膠體積較小，不利于大傷口的密封。

因此，他們需要找到最合適的超分子修飾程度。此外，還要考慮實際止血時血流的壓力、保存和使用的便攜性。相比于液體劑型，固體的劑型具有更強的機械性能和便攜性，更適用于動脈等高壓出血場景。那么，這時還有一個需要解決的問題：如何讓干燥的人工血小板快速釋放到血液或濕組織環境中？

針對此，他們通過調控基材成份、化學基團修飾程度，以便能在止血材料中由濕、鹽環境觸發釋放人工血小板，從而保證能夠充分發揮凝血和組織黏附特性。

（來源：Advanced Functional Materials）

隨著技術的不斷優化，研究團隊進入了臨床前研究階段。這一階段，他們和上海長征醫院曲樂豐主任、職康康副主任團隊合作開展了更加嚴謹的動物實驗，模擬了內臟和動脈創傷的出血情況。

值得注意的是，豬的體重和成年男性相近，且被注射了肝素因此能夠充分抑制理性凝血，但是人工血小板止血材料依舊能夠表現出 45 秒內的快速止血。此外，在止血后數分鐘，材料可從傷口處馬上移除而不造成再出血，這說明基于人工血小板形成的血凝塊具有足夠的動態和穩定性。

通過這些實驗，研究團隊驗證了人工血小板在多種復雜情境下的可靠性和效果，實驗結果令人鼓舞，這讓他們看到了這項技術從實驗室走向臨床的可能。

圖 | 人工血小板在豬上進行臨床前試驗（來源：竇紅靜課題組）

人們總是對“眼見為實”的實驗現象最為感興趣，尤其是那些看起來既簡單又神奇的實驗。研究中，有一項體外凝血的“倒管實驗”引起了大家的好奇。這個實驗其實非常簡單：研究團隊將人工血小板懸浮液與流動的全血混合，然后觀察是否能夠形成倒置的血凝膠。

在做這個實驗時，竇紅靜的博士生曾屹嶸在實驗室將全血與人工血小板懸浮液混合。這時候，他總會吸引附近研究者的關注。大家紛紛驚嘆于血液與人工血小板相遇后“凝血”的奇妙變化，仿佛血液在“變魔術”一樣。

而且，竇紅靜在給學生講授“超分子材料及其生物醫學應用”課程的時候，也曾現場演示過人工血小板的超快凝血能力。這一幕同樣引發了學生們的熱烈討論。血液在幾秒鐘內迅速凝結成塊，幾乎每個學生都很驚訝，然后紛紛開始提問：為什么人工血小板可以這么快地起作用？這種超分子技術在醫學中的應用又會帶來怎樣的突破？“同學們的討論十分熱烈，甚至有些學生在課后主動向我詢問更多的科研資料和背景知識。”竇紅靜回憶稱。

上述種種場景讓她意識到，科研不僅是實驗室里的數據和圖表，更重要的是能夠通過一些簡單而直觀的實驗，激發學生對科學的好奇心和探索欲。看著學生從疑問中找到答案，從驚訝中引發思考，作為教師和導師，竇紅靜也感到十分欣慰。

同時，這種“眼見為實”的實驗，是一種不可多得的教學工具，它將復雜的科學概念轉化為生動的現象，讓學生理解并感受科學的魅力，甚至能激發學生對于未來科研道路的無限想象。

而關于本次研究的相關論文則以《一種可釋放血小板替代物的超分子材料用于細胞組裝介導的按需止血》（A Platelet-Substitute-Releasing Supramolecular Material for Cellular Assembly Mediated On-Demand Hemostasis）為題發表于Advanced Functional Materials[1]，曾屹嶸是第一作者，竇紅靜、曲樂豐、職康康擔任共同通訊作者。

圖 | 相關論文（來源：Advanced Functional Materials）

研究團隊補充稱：

首先，止血急救是未來實現技術應用的第一步。在術中，患者可能因為嚴重出血導致生命危險。他們在本次研究之中基于人工血小板技術，研發出了能夠在極短時間內迅速凝血的血小板替代物，解決了凝血障礙患者的術中止血難題。同時，在戶外急救中，人工血小板技術構筑的動態血凝塊能夠適配不同形狀的傷口，這解決了活動狀態下容易再出血的問題。因此，研究團隊將把這一技術推向術中醫療和戶外急救領域，提供快速、有效的止血方案。

其次，創后護理抗組織粘連也是本次技術的一大應用方向。在接受外科手術之后，許多患者會面臨手術部位的組織粘連問題，導致恢復期長、疼痛加劇，甚至需要二次手術。而人工血小板不僅能夠在止血過程中發揮作用，還能在傷口愈合階段減少粘連的形成。未來，研究團隊將協同止血應用把這一技術應用于手術后的護理過程中，幫助患者減少術后并發癥，加速恢復。尤其是在腹部、胸部等大手術后，能夠減少粘連對患者的身體影響。

最后，血管內栓塞療法是本次人工血小板技術的另一項規劃。血管栓塞廣泛應用于治療腫瘤、出血性疾病等，但目前傳統栓塞主要依賴外源性材料堵塞血管。未來，研究團隊希望通過人工血小板的技術，可以在血管內精確形成以血液成份為主的栓塞塊，以便實現更好的生物相容性和生物活性，并減少對健康組織的損傷。

總之，通過推動技術的轉化應用，他們希望不僅能夠幫助患者提高治療效果和生活質量，還能為中國智能醫療服務行業注入新的活力。

目前，研究團隊正計劃成立一家專注于智能精準醫療服務的公司，依托上海交通大學和長三角地區創業政策，他們將致力于將人工血小板技術應用于止血急救、創后傷口護理和血管栓塞療法等臨床領域。

參考資料：

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 Engineering1, 73–86 (2024). https://doi.org/10.1038/s44286-023-00008-y

運營/排版：何晨龍