四川大学华西医院肾脏内科/肾脏病研究所付平和川大生物材料工程研究中心王云兵团队：钝化蛋白吸附平台—一种新型促血管支架再内皮化策略

四川大学华西医院肾脏内科

四川大学华西医院肾脏内科/肾脏病研究所付平和四川大学生物材料工程研究中心王云兵团队于2023年12月在Biomaterials发表文章“Passivation Protein-adhesion Platform Promoting Stent Reendothelialization Using Two-Electron-Assisted Oxidation of Polyphenols”（点击二维码阅读原文）。本研究通过双电子辅助氧化多酚构建一类新型的钝化蛋白吸附涂层，此类涂层的钝化蛋白吸附特性与多酚药物的生物学功能协同调控血管微环境稳态，为支架表面快速内皮化提供一种新的策略。

由心脏和血管功能障碍引起的冠心病、心肌梗塞及周围血管疾病等心血管疾病，具有高发病率、致残率和死亡率，给社会、家庭和个人带来了巨大的经济和心理负担。目前，虽然药物洗脱支架可以有效降低支架内再狭窄的发生率，但是由于药物的非选择性使支架再内皮化延迟，从而导致支架晚期血栓和晚期再狭窄，危及患者的健康和生命^[1]。因此选择性促进支架表面快速内皮化对维持血管畅通至关重要。

血管支架植入后面临着复杂的微环境，如蛋白质非特异性黏附和变性带来的血栓、炎症反应、介入损伤产生的活性氧自由基（Reactive Oxygen Species, ROS）带来的氧化应激反应、血管平滑肌细胞（smooth muscle cells, SMCs）过度增殖等，这些不利因素都会严重影响支架表面内皮化的速度。因此，本研究通过简单的“one-pot”法（图1a）构建了一种具有多尺度效应的钝化蛋白吸附涂层（PDA/EGCG和PDA/PG）：宏观尺度——超亲水的抗污性能，抑制急性血栓和炎症；微观尺度——活性基团的蛋白吸附特性，为内皮细胞（endothelial cells, ECs）的黏附提供条件（图1b）。同时，在钝化蛋白吸附平台的支撑下，(-)-表没食子儿茶素没食子酸酯（(-)-Epigallocatechin gallate，EGCG ）或邻苯三酚（pyrogallol, PG）可以更有效地发挥其生物学功能，包括清除自由基、抑制炎症细胞的激活和炎症因子的释放、抑制SMCs的过度增殖（图1c）^{[2, 3]}。

图1 　钝化蛋白吸附涂层的构建(a)、尺寸效应(b)和促进支架再内皮化(c)的示意图

通过单一蛋白和全血浆蛋白质黏附实验发现，在短时间内涂层表面可以有效抑制蛋白质的黏附；随着孵育时间延长，涂层PDA/EGCG和PDA/PG表面蛋白含量明显增加，且维持着黏附蛋白的天然构象（图2）。证明PDA/EGCG和PDA/PG涂层具有钝化蛋白质吸附的性能，为支架表面内皮化提供了有利条件。

图2　钝化蛋白吸附特性

通过系列的单一细胞培养和两种细胞共培养的实验发现，多酚钝化蛋白吸附涂层表面选择性地促进ECs的黏附和生长，抑制巨噬细胞和SMCs的黏附、活化和增殖。半体内实验、体内皮下包埋和支架植入试验证实，涂层具有优异的血液相容性和组织相容性；可以有效抑制支架内再狭窄，促进支架表面快速再内皮化，而且新生内皮细胞具有健康内皮细胞分泌NO的生物学特性（图3）。

图3　涂层支架体内植入实验

综上所述，我们首次构建了具有钝化蛋白吸附特性的多酚涂层，为长期血液接触材料的表面改性提供了一种新的策略。

参考文献：

1.Baterna JJ, Susanto A, Cheng F. Platinum chromium everolimus-eluting stent versus cobalt chromium zotarolimus-eluting stent in very late stent thrombosis: a meta-analysis of randomized controlled trials. European Heart Journal,2022,43.

2.Shavandi A, Bekhit AE-DA, Saeedi P, et al. Polyphenol uses in biomaterials engineering. Biomaterials,2018,167:91-106.

3.Serreli G, Deiana M. Role of Dietary Polyphenols in the Activity and Expression of Nitric Oxide Synthases: A Review. Antioxidants, 2023,12:147.

专家点评

王恺研究员：冠心病是全球范围内最常见的心血管疾病之一，全球每年有数百万人因冠心病而死亡。血管支架植入是治疗冠心病的重要手段之一，然而由于其特殊的服役环境，使患者依然面临着晚期血栓和晚期再狭窄的风险。基于此，付平教授与王云兵教授团队通过简单、高效的方法用天然活性分子构建了一种具有钝化蛋白吸附特性的新型超亲水涂层。这类涂层依靠宏观尺度的超亲水发挥即刻的抗蛋白非特异性吸附与变性，通过微观尺度的聚酚涂层组分实现对后续细胞生长的支持与调控。这对植入初期维持支架微环境稳态和保证血管内皮细胞在支架表面生长具有重要的意义。通过体内动物实验也证实此类钝化蛋白吸附涂层具有优异的生物相容性，可以有效的促进支架表面快速内皮化，为保证血管支架的长期通畅提供了一份有力的保障。同时，该研究成果也可以扩展到其他血液接触的表面改性处理，为心血管材料及器械的表面改性提供了一个新的策略。

王恺，南开大学生命科学学院研究员，博士生导师。入选国家优青，天津市“131”创新型人才。任中国解剖学会血管分会常务委员，中国生物材料学会生物学评价分会委员；Smart Materials in Medicine客座编辑。主要从事生物活性人工血管构建与动物体内植入研究。主持纵向项目10项，横向项目4项。以第一/通讯作者在Sci Adv、Nat Commun、Adv Mater、Biomaterials、Bioact Mater等期刊发表论文40余篇。一项人工血管专利技术实施成果转化，正在进行晚期肾病患者人工血管血透通路建立临床试验。

作者心得

对血液接触材料而言，优异的血液相容性是材料或器械首要考虑的因素。作为异物的材料一旦与血液接触，血浆蛋白特别是纤维蛋白原会在材料表面快速黏附和变性，并最终引发急性血栓和急性炎症，甚至导致器械植入失败。其中，抗污表面特别是超亲水和超疏水表面可以有效的阻抗蛋白质或细胞的黏附。基于此理论，我们做了大量的超浸润涂层用于提高材料抗污性能的研究，相关成果也投稿在Chemical Engineering Journal期刊。后来，我们意外的发现随着基础聚多巴胺超亲水涂层与蛋白质孵育时间延长，表面的蛋白黏附量越来越多。此现象对于血管支架而言无疑是一个非常积极的信号。因为普通的超亲水表面虽然具有优异的的阻抗性能，但同样也会影响血管内皮细胞的黏附和生长。此外，血管动脉粥样硬化属于慢性炎症性疾病，炎症与血栓形成、内皮细胞和平滑肌细胞的生长密切相关，故对炎症的调控须纳入考虑。在此基础上，通过工艺的不断优化，我们构建了此类具有钝化蛋白吸附的多酚涂层。

钝化蛋白吸附表面是一个新的概念而且我们的研究表征非常全面，因此我们首选了生物材料领域的顶级期刊Biomaterials进行投稿。整个投稿过程比较顺利，投稿后7天送审，1个月收到了4位审稿人的修改意见，每一位审稿人的意见都很正面且专业，让我们对研究的理解更加深入；而且在返修的过程中，我们还发现了一些有趣的实验现象，为下一个延续性课题提供了灵感。最后感悟：认真回答审稿人的每一个问题，他们能看到我们看不到或想不到的问题，这对提升研究者自身学术能力和论文质量的具有重要的意义。

共同作者

付平，二级教授/主任医师，博士/博士后合作导师，四川大学华西医院肾脏内科主任/华西肾脏病研究所所长。国际肾脏病学者（ISN Scholar）。《中华医学杂志英文版》等23本期刊编委；国家重点研发计划等27项课题负责人，以第一/通讯作者发表论文380余篇，其中SCI收录150余篇；主编人民卫生出版社教材和专著各1部；获中华医学会科技进步二等奖，华夏医学科技进步二等奖及四川省科技进步一等奖各1项。国家发明及实用新技术专利31项，转化6项，其中1项2016年进国家基本目录。

通信作者

罗日方，副研究员，博士生导师。国家生物医学材料工程技术研究中心/四川大学生物医学工程学院。四川大学双百人才入选者，四川大学学术新人奖获得者。中国生物材料学会心血管材料分会委员、表界面工程分会委员。长期从事心血管材料与器械表面功能化改性研究，提出并发展了系列基于材料/血液界面仿生调控的新型医用涂层材料（包括细胞膜仿生、细胞外基质仿生、内皮细胞功能仿生等），在Sci Adv、Matter、Biomaterials等期刊发表论文40余篇。授权发明专利20余项。

通信作者

王云兵，国家生物医学材料工程技术研究中心主任、四川大学生物医学工程学院院长、四川大学生物材料工程研究中心主任、中国心脑血管联盟副理事长、国家有突出贡献中青年专家，国际生物材料科学与工程学会联合会Fellow。主要从事用于心脑血管疾病、糖尿病等治疗的新型生物医用材料和微创植/介入医疗器械的基础研究与产品应用开发。主持开发了一系列国内、国际首创的医疗器械产品并实现大规模临床应用。

第一作者

李林华，四川大学华西医院肾脏病研究所博士后。主要研究方向是血液接触材料表面改性。主持或参与国家重点研发计划、中国博士后科学基金、四川省自然科学基金等4项。以第一作者在Adv Funct Mater、Biomaterials、Chem Eng J、J Control Release、Composites Part B等期刊发表论文8篇。授权国家发明专利9项。

编辑：唐　颖

排版：张洪雪

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