Bioact Mater：过渡金属-儿茶酚-(胺)表面工程策略可抑制血栓形成和抗感染

皮肤穿透性血液接触装置，如留置导管、外回路等，在现代临床治疗和血液透析、给药、营养支持、体外循环等辅助过程中不可或缺。尽管这些设备发挥着至关重要的作用，但它们容易形成血栓和感染，从而导致设备失效、死亡率增加和医疗费用增加。为了减轻这些并发症，临床上常规使用抗生素和抗凝剂。然而，长期使用会导致严重的副作用，包括耐药菌、不可控出血、血小板减少、过敏反应、表皮坏死松解、深部静脉炎、导管相关性血流感染。因此，迫切需要安全可靠、副作用少的治疗方法，以减少抗生素和抗凝血剂的系统使用。

最近，提供局部抗凝血和抗菌性能的表面工程技术已经成为一种很有前途的解决方案。然而，目前的表面修饰策略仍然难以有效地解决血栓形成和感染问题。值得注意的是，健康的天然血管系统可以维持数十年的抗屈曲和抗凝血特性，这种能力与其生理活动和微环境密切相关。抗菌肽(ABPs)是先天免疫的重要组成部分，在血浆中含量丰富，在对抗微生物病原体中起着至关重要的作用。

与针对特定细菌蛋白的传统抗生素不同，ABPs通过瞬时孔隙形成诱导微生物膜渗透来破坏细菌，并可抑制大分子合成，提供更广泛的抗菌作用，并降低微生物耐药性的可能性。此外，内皮细胞(ECs)不断向血液微环境释放NO，通过cGMP依赖途径有效抑制血小板粘附和活化。受这些机制的启发，NO和ABPs的联合使用有望成为预防血栓形成和感染的有效策略。然而，有效地将NO和abp集成到器件表面仍然具有挑战性。

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2024.09.009

近日，来自西南交通大学的研究者们在Bioact Mater杂志上发表了题为“Engineering anti-thrombogenic and anti-infective catheters through a stepwise metal-catechol-(amine) surface engineering strategy”的文章，该研究揭示了过渡金属-儿茶酚-(胺)表面工程策略可抑制血栓形成和抗感染，为临床应用提供了先进的解决方案，旨在解决与体外电路和留置医疗设备中血栓和感染相关的并发症。

血栓和感染是与介入性血液接触装置相关的关键临床并发症，导致显著的发病率和死亡率。为了解决这些问题，研究者提出了一种过渡金属-儿茶酚-(胺)(MCA)表面工程策略，该策略有效地将治疗性一氧化氮(NO)气体和抗菌肽(ABP)整合到导管上，确保平衡的抗血栓和抗感染特性。

MCA化学交联的一步分子/离子共组装的制备过程

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首先，通过一步分子/离子共组装工艺，将铜离子与去甲肾上腺素和己二胺可控地结合，形成生成no和富含胺的MCA表面涂层。随后，通过酰胺偶联和生物正交点击化学将叠氮化物-聚乙二醇4- n -羟基琥珀酰亚胺基和二苄基环辛烷修饰的ABP依次固定在表面，保证了ABP的密集接枝，同时保持了对NO的催化效果。这种ABP和NO生成能力在导管表面的有效整合提供了强大的抗菌性能和抵抗血小板粘附和活化的能力，从而协同预防感染和血栓形成。

NO和ABP实现抗凝、抗菌性能的协同调节机制

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综上所述，本研究开发了一种仿生表面工程策略，模仿导管上天然血管系统的平衡抗血栓形成和抗感染特性。为了实现这一目标，通过过渡金属-儿茶酚-(胺)表面工程策略将治疗性NO气体和抗菌肽有效地整合在一起。该工程可导致持久的释放NO，这不仅可以防止血小板粘附和活化，还可以抑制体外循环中的血栓形成。此外，密集接枝的ABPs使表面对大肠杆菌和表皮葡萄球菌的抗菌率超过90%，即使在30天的浸泡后。该策略为临床应用提供了先进的解决方案，旨在解决与体外电路和留置医疗设备中血栓和感染相关的并发症。(生物谷 Bioon.com）

参考文献

Siyuan Yue et al. Engineering anti-thrombogenic and anti-infective catheters through a stepwise metal-catechol-(amine) surface engineering strategy. Bioact Mater. 2024 Sep 9:42:366-378. doi: 10.1016/j.bioactmat.2024.09.009.