圆筛藻生物矿化硅的促凝血机理及构效关系研究

Uncontrolled hemorrhage is primary cause led to high death in trauma. There is strong demand for the development of rapid hemostatic agent with low side effect and tissue regeneration for trauma emergency treatment. We found that marine-derived Coscinodiscus Biosilica (CBs) is a novel inorganic hemostatic materia with rapid coagulation effect, which was closely related to its hierarchical micro-nanoscale porous structure. This project intends to study the "structure-efficacy" relationship of CBs. The CBs with different microstructures can be prepared by culturing, separating and purifying of Coscinodiscus. Our research will study the interaction between material structure-interface and blood system (blood cells and plasma proteins), reveal the mechanism, structure-activity relationship of CBs during procoagulant process as well as its effect on post-trauma repair and tissue regeneration, and carry out pre-clinical basic research. This project will provide important theoretical foundation and application basis for the development and utilization of diatom-based marine inorganic biomaterials.

不可控性出血是外伤导致死亡的主要原因，研发止血效果好、生物安全性高，且有利于后期创伤修复和组织再生的紧急止血材料，是外伤急救和再生医学领域亟待解决的重要问题。我们发现海洋来源的圆筛藻生物矿化硅具有快速凝血作用，是一种新型无机止血材料，初步研究发现其止血功效与自身微纳米层级多孔结构有直接关系。本项目拟开展圆筛藻生物矿化硅“结构-功效”关系研究，通过对圆筛藻的培养、分离和纯化，制备具有不同微观结构的圆筛藻生物矿化硅，研究材料结构界面与血细胞和血浆蛋白的作用规律，揭示圆筛藻生物矿化硅在促凝血过程中的作用机理与构效关系，以及对后期创伤修复和组织再生的影响，开展临床前基础研究，为硅藻基海洋无机生物材料的开发利用提供重要的理论依据和应用基础。

硅藻生物矿化硅（Diatom Biosilica, DBs），即硅藻外壳，是一种具有快速止血作用的新型海洋无机生物材料。针对DBs结构界面与促凝血活性间的构效关系这一科学问题，本项利用硅藻生物矿化过程，调控DBs微观结构与组成，通过硅藻养殖繁育与分离纯化，获得高纯度DBs材料，包括：圆筛藻（Coscinodiscus）DBs、威氏海链藻（Thalassiosira weissflogii）DBs、海链藻（Thalassiosira sp.）DBs、小环藻（Cyclotella cryptica）DBs。该材料能够加速血小板止血栓形成，激活内源性凝血途径，形成稳定凝血块，表现为快速吸附、快速凝聚和防止二次出血的功效。进一步研究发现DBs的比表面积和吸液性能是决定其促凝血活性的关键。在此基础上，设计构建多种DBs止血材料新剂型，包括：止血气凝胶、酶固定化止血粉以及止血海绵，进一步提高DBs止血材料的功能有效性、生物安全性和使用便利性，得到对临床医学有重要价值的理论依据与应用基础。