临床应用自体血回输需要通过泵抽吸和使用水溶性抗凝剂去除血小板和血浆蛋白，从而引起稀释性凝血病。

2023年8月12日，四川大学赵伟锋及纪海锋共同通讯在Nature Communications发表题为“Self-anticoagulant sponge for whole blood auto-transfusion and its mechanism of coagulation factor inactivation”的研究论文，该研究开发了一种羧化和磺化的肝素模拟聚合物修饰海绵，具有自发血液吸附和瞬时抗凝作用。

由于海绵对凝血酶和钙消耗的多重抑制作用，该研究证明了全血自体输血在创伤性出血中的应用。研究证明，在家兔模型中，与传统的肝素化血液相比，输注采集的血液有利于更快的止血恢复。总之，该研究工作不仅开发了一种安全、方便的全血自体回输方法，而且提供了自抗凝性肝素模拟聚合物修饰表面的作用机制。

心脏科、产科、骨科和器官移植中的大手术历来具有很高的出血风险，因为手术的侵袭性和预先存在的凝血障碍。术中输血通常是必要的，以增强携氧能力和维持适当的凝血功能。然而，由于供应中断、严格的供体标准、稀有血型供应有限和广泛的实验室检测等问题导致异体血液制品的间歇性稀缺对患者安全构成了重大威胁。同种异体输血的接受者可能会出现并发症。这些并发症突出表明迫切需要改进术中自体输血技术，以尽量减少或消除相关风险和不良反应。

术中自体输血面临的核心问题是采血和抗凝范式的挑战。采血需要专用的抽吸装置，这会产生微栓塞气泡和剪切应力，导致溶血和收集的红细胞（RBC）数量减少，并降低血液质量。在没有抗凝治疗的情况下，由于采血过程中止血反应的快速启动和放大，体外回路容易被血栓阻塞。柠檬酸盐，用于采血的标准抗凝剂，无法通过其钙螯合能力抑制下游凝血酶的生成。肝素通过与抗凝血酶III（ATIII）结合来抑制凝血酶和活化因子X（FXa），并广泛用于防止体外回路中的凝块形成。然而，肝素的精确剂量仍然难以确定，主要是因为患者之间的变异性和采血量的波动，这受到不同的手术条件的影响。因此，通过离心和洗涤血液去除抗凝剂对于防止自体输血后过度全身抗凝是必要的，尽管该过程导致血小板和血浆蛋白的丢弃。因此，输注大量收集的红细胞会导致稀释性凝血功能障碍，从而加剧大手术的患者的临床结局。

在临床环境中解决抗凝剂引起的出血风险的需求促使人们研究能够直接抑制体外装置上血栓形成的生物材料涂层。例如，开发肝素固定表面以实现局部抗凝。然而，由于肝素是亲水性的，因此不修饰即可将肝素直接固定在商业疏水装置上具有挑战性。用于固定肝素的静电自组装方法通常由于稳定性低而导致浸出，由于表面结构变化或取向受限，固定化肝素的生物活性一般低于可溶性肝素。因此，需要能够使凝血因子失活或在收集的血液中提供持续抗凝的表面。基于之前的研究结果，研究假设羧化和磺化HMP修饰的材料对凝血级联的多重抑制作用，使其能够在不使用额外抗凝剂的情况下用于自体输血，从而实现临床创伤性出血中前所未有的全血自体输血。

然而，现有的和HMP改性材料不能满足同时采血和即时抗凝自输血的需求。研究者认为，具有快速毛细作用的自发吸收和保留液体的海绵可能是用HMP修饰的主要候选者，为血液接触，表面诱导的抗凝和血液保留提供较大的比表面积。然而，在材料表面引入肝素模拟物增加了复杂性，因此需要更深入地了解界面处自抗凝血功能的机制。具体而言，重要的问题仍未得到解答：（1）哪些凝血因子受到海绵上HMP修饰涂层的影响，（2）血浆蛋白层在采血过程中如何建立在海绵上，以及HMP修饰的表面如何介导采集血液中的抗凝功能，以及3）材料的这种自我抗凝行为是否构成任何潜在的副作用，可能会限制HMP修饰海绵的设计和未来的临床使用。该研究展示了用于全血自体输血的抗凝海绵装置的开发，以及对HMP修饰海绵的抗凝机制的全面研究，以解决这些问题。

瞬时自体输血海绵的设计与表征（图源自Nature Communications）

总之，研究证明了HMP修饰海绵对体内全血自动输注的有效性和安全性，并设想海绵可以潜在地转化为临床，用于术中血液管理。除了概念验证之外，这项工作中发现的机制的普遍性和有效性为提高抗血栓表面的安全性和血液相容性提供见解，从而有助于将HMP修饰的表面推向实际应用。

参考消息：

https://doi.org/10.1038/s41467-023-40646-7