介入材料表面的血小板活化：基于近红外荧光导管技术的体内研究

The activation of platelets and detection of specific markers play important roles in evaluating the application of biomaterials. They are also significant in detection, treatment and prevention of pathological change in cardiovascular system. This project focuses on developing a near-infrared (NIR) fluorescence imaging catheter system which can explore the interaction between intervention materials and platelets in vivo. The system is composed of fluorescence imaging, fluorescence resonance energy transfer (FRET)-based sensor and interventional catheter. The platelet active labels such as P-selectin (CD62P) and GPIIb/IIIa were chosen as the targets monitored by the real-time optical immunosensor based on fluorescence resonance energy transfer. The key factors of medical PU catheter, such as topography, surface functional group and biomimetic interface, and their effects on platelet activation were investigated by the real time method. The results would reveal the pathways and mechanism of the platelet activation during the whole process when the thrombus is formed. It may offer new sights in designing biomaterial surface and improving blood compatibility of interventional materials. It would develop a novel method in the prevention and therapy of cardiovascular disease.

血小板的活化及其标记物的测定在生物材料的使用和心血管疾病的检测、预防、治疗以及与病理学研究等方面具有举足轻重的意义。本项目旨在结合近红外荧光成像、荧光共振能量转移和介入导管等技术，建立一套活体内在线研究介入材料表面与血小板相互作用的系统。首先选择活化血小板表面的P选择素（CD62P）和糖蛋白GP IIb/IIIa等标记物为检测目标，依据荧光共振能量转移的原理设计新型的在线荧光检测方法。然后选择医用聚氨酯为介入导管原料，通过表面形貌、官能团和仿生大分子等方面的设计和修饰，实时研究材料表面对血小板活化的影响。研究结果有望揭示血小板活化在血栓过程中的作用途径和机制，为介入材料的表面设计和血液相容性的改善提出新的思路，同时也为心血管疾病的预防和治疗开创新的途径。

炎症和血栓不仅是心血管疾病的主要诱因，也是生物医用材料成功与否的关键。生物医用材料表面血小板的活化、粘附和团聚是引起材料表面血栓的关键环节。规模化生物医用材料抗凝血表面修饰和血小板活化的测定在检测以及与病理学研究等方面具有举足轻重的意义。本项目主要研究内容包括医用聚氨酯(PU)的表面设计和修饰,医用聚氨酯表面血小板活化的研究, 近红外荧光导管的制备和荧光分子探针的制备等。在医用聚氨酯表面依托仿生学的多巴胺表面改性和臭氧预处理两种方法实现聚氨酯表面抗凝血界面的设计,主要包括聚氧化乙烯、亲水分子（丙烯酸AA和壳聚糖chitosan），水凝胶（丙烯酰胺AAm和聚乙烯吡咯烷酮PVP）、生物大分子和药物（肝素heparin、胶原collagen、磷酸胆碱PC、两性离子化合物zwitterion和多肽polypeptide），纳米银复合涂层(PDA/AgNPs)。基于荧光检测、光纤和聚氨酯导管制备具有检测CD62P功能的荧光检测装置。我们对在同一平台表面修饰的聚氨酯材料进行系统性的细胞毒性、细胞相容性和血液相容性评价。血液相容性评价实验主要采用血小板粘附、蛋白粘附和测定CD62P的表达等方法。项目研究结果表明：相同活性材料在聚氨酯表面的修饰，不同改性方法或途径获得的表面对血液相容性影响不大。我们基于聚氨酯平台获得的抑制血小板活化的能力：PEO > heparin ≈ RGD polypeptide ≈ PDA/AgNPs > zwitterions > PAAm ≈ PC ≈ chitosan ≈ PAA > PU >> collagen。虽然许多具有良好血液相容性的生物大分子出现，但是高分子量的聚氧化乙烯仍然是减少血小板活化和提高材料表面血液相容的最佳选择之一。同时，纳米银复合物表面离子释放可能能够降低材料表面血小板的活化。荧光染色和CD62P试剂盒检测结果表明改性聚氨酯表面CD62P的表达较少，与血小板粘附结果相一致。结合光纤、荧光检测和聚氨酯中心静脉医用导管制备荧光导管装置，能够初步检测到具有FITC荧光染色的CD62P的表达。规模化的改性工艺的应用为国内生物材料的改善表面血液相容性产品提供了途径。血小板活化的研究能够为进一步的结合血液相容性、细胞相容性和抗菌性等功能材料的设计以及血栓形成的检测提供更加优化的方案。