由于止血失败造成的严重创伤，是45岁及以下人群死亡的主要原因，预计每年会造成数百万人死亡。生物机体止血可分为两个阶段，第一个阶段是损伤部位循环血小板的激活和聚集，形成血小板栓。第二阶段是纤维蛋白(Fb)聚合，形成一种不溶性的蛋白水凝胶，提供结构支持并阻碍血流。目前的护理标准包括输血血液制品如冷冻血浆、血小板或凝血蛋白，但这些方法受限于成本高、保质期短、安全性有限和特殊储存要求等缺点。到目前为止，很少有研究关于治疗不可接近或不可压缩的损伤部位的可注射式静脉止血剂。
本文提出了一种方法利用自然凝血和相分离增强纤维蛋白凝胶（止血凝块）。当给受伤机体部位(温度37 ℃)注射富含hELPs凝血剂时，可以显著增强止血凝块的强度。自然凝血机制是在类弹性多肽(ELPs)上引入谷氨酰胺和赖氨酸残基，设计了包含N-和C -末端的多肽(hELPs)可被人谷氨酰胺转胺酶(FXIIIa)选择性识别，并通过自然凝血的方式与纤维蛋白网络以共价键交联，得到止血的纤维蛋白-弹性多肽凝胶。相分离机制：ELPs本质上是无序的蛋白质，在T>LCST时会发生相分离，形成富含蛋白质的凝聚物。相分离过程的驱动力是ELPs的脱水作用，并可根据EPLs序列的长度和组成进行调整。可以预见，这种材料可以作为现有血液产品的补充添加剂或合成替代品。本论文“Phase Separation of Intrinsically Disordered Protein Polymers Mechanically Stiffens Fibrin”发表在《AFM》期刊上。
与其他天然和合成聚合物相比，ELPs分子系统的一个关键优势在于，它们是由基因工程产生的，因此可以在DNA/氨基酸水平上精确编程，而不存在多分散性。将ELPs设计为含N-末端的Q-block、EPLs block和含C-末端K-block的三嵌段共聚物，可通过FXIIIa选择性识别，产生自然凝血反应与Fb网络实现共价键交联。当T>LCST时，EPLs block会脱水，相分离形成凝聚物。凝聚物与Fb网络形成共价键交联，提高血凝块的机械强度。同时，在凝血开始后，提高凝块的生长速度，降低纤溶酶降解速度，减小Fb网络孔径。对照实验分别使用：HEPES缓冲液-Fb凝块，无谷氨酰胺和赖氨酸残基的conELPs-Fb 凝块，有止血作用的含谷氨酰胺和赖氨酸残基的hELPs-Fb 凝块。HEPES-Fb和ConELPs-Fb血凝块均表现为厚纤维的多孔网络，分枝程度相对较低。hELPs-Fb网络更密集，纤维更细，支化程度更高。在凝血开始之前，hELPs凝聚物的存在对凝血的触发有抑制作用。但一旦凝血发生后，对随后的凝血生长速度有积极的影响。对于具有较低、临界值以下浓度的纤维蛋白阈值的凝块，hELPs对凝块的弹性有显著的积极作用。在37 ℃条件下，hELP-Fb血凝块的对波长350 nm吸光度曲线显示了一个滞后期和生长期，其长度与conELP-Fb血凝块中观察到的相似；然而，hELP-Fb凝块达到了更高的吸光度0.90.02。【hELPs对Fb血凝块机制和血凝块应变强化的影响】在Fb凝块中，hELPs硬化效应可以用几种方式来解释。首先，凝聚物中局部浓度较高的hELP分子可能促进形成更多的hELP-hELP分子间交联，建立第二次网络。其次，在T>LCST时，hELPs的相分离作用可能驱动Fb分子间的二次交联网络的形成，而不依赖于hELPs内交联的形成。最后，相分离可能对Fb网络施加外力，即使在没有外部张力的情况下也会产生应变硬化效应。为了确定hELPs对Fb应变强化的影响，本文使用从0.1%到100%的应变变化进行了振荡流变学。在低应变(0.1-1%)下，与conELP-Fb和HEPES-Fb相比，含有30·10-6 mol/L ELP和2.2 mg/ mL Fb的hELP-Fb凝块的G’值增加。在低应变(1-10%)和高应变(10-100%)下，所有凝块均表现出应变强化行为；然而，hELP-Fb的硬化应变(10%)高于conELP-Fb凝块或HEPES-Fb凝块(2-3%)。在HEPES-Fb和conELPs-Fb凝块的应变硬化速率高于hELP-Fb凝块。在100%应变下，所有凝块的G’值大致相等(1400-1500 Pa)。对比0.1%和100%应变，hELP-Fb凝块强化了4.6倍，conELP-Fb和HEPES-Fb的凝块强化了8.8倍和8.4倍。FXIIIa因子选择性识别促进的交联对体内纤维蛋白溶解有抑制作用。由于hELPs凝聚物通过FXIIIa选择性识别共价交联到Fb凝块中，hELPs可以在纤溶酶存在的情况下延长Fb凝块的寿命。hELPs-Fb凝块的降解速度大约比conELP-Fb凝块慢三倍，比HEPES-Fb凝块的降解速度慢五倍。hELPs不包含纤溶蛋白识别的序列，因此凝块中附加的不可降解成分会抑制纤维蛋白溶解。总结：本文报道了一种基于人凝血相关转谷氨酰胺酶FXIIIa选择性识别，交联止血类弹性多肽(hELPs)增强纤维蛋白Fb凝块的新机制。含N-末端和C-末端重复排列的Q-block和K-block块序列的嵌段共聚物，使hEPLs能够通过自然凝血的方式交联到纤维蛋白凝块中。这种方法通过FXIIIa的选择性作用来实现，不需要添加交联剂或生物官能团。在高于LCST的生物机体温度下，止血弹性多肽凝聚剂的相分离作用使得形成的纤维蛋白凝块的机械强度都得到了提高。![]()
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