西北大学化学与材料科学学院宫永宽教授团队，联合浙江大学第二附属医院张茂教授团队和西安交通大学第一附属医院史可慧副教授团队研究发现，仿照血管内皮膜结构的抗凝涂层可以简便地构建在不同材料及形状大小的医疗器械表面，实现了免抗凝剂无血栓体外循环。这是60年来医疗器械抗凝血涂层领域的重大突破，该技术有望消除血液接触器械治疗中抗凝剂引起的副作用，为提高患者治疗的简便性和安全性开辟了新的道路。该研究成果最近发表在《生物材料学报Acta Biomaterialia》和《膜科学杂志Journal of Membrane Science》。
据了解，与血液直接接触的体外膜肺氧合（ECMO）、血液透析（HD）及中心静脉导管等治疗都需要注入抗凝剂如肝素来降低器械表面的凝血风险。但血液中抗凝剂浓度升高在抑制凝血反应的同时，也会增加体内出血及血小板减少证等不良反应，甚至危及生命。为此，将肝素等分子键合到医疗器械表面形成抗凝血涂层来减少抗凝剂副作用的研究及应用已有60余年发展史。但到目前为止，所有商业化抗凝涂层均未能完全满足临床抗凝要求，仍需要注入抗凝剂而无法避免系统性抗凝剂引起的不良反应。现有抗凝涂层效果不理想的主要原因有两个：一是以肝素为代表的生物活性抗凝涂层灭活凝血因子及抑制内源性凝血反应的能力不足，二是以磷酰胆碱两性离子为代表的生物惰性抗凝涂层缺乏灭活外源性途径产生的凝血因子的能力。另一方面，对血管内皮细胞膜的结构组成及抗凝血性能研究发现，正常血管内皮膜不凝血的两个关键因素是其抗生物污染性能优异的两性离子界面及结合有灭活凝血因子活性超强的类肝素聚合物。两性离子界面不仅为结合的抗凝聚合物发挥高效抗凝作用提供最佳环境，其优异的抗生物污染性能也避免了血液成分的粘附与激活，表现出理想的抗内源性凝血性能。
西北大学宫永宽教授团队在国际上率先提出了仿血管膜结构抗凝血涂层的研究策略。在国家自然科学基金委、陕西省科技厅及西北大学的支持下，团队建立了医疗器械三步浸涂构建仿血管内皮膜结构抗凝血涂层的普适性方法。包括①仿贻贝万能粘附的聚多巴胺介导层，②将含有端羧基侧链的两性离子聚合物在水溶液中多点锚定形成稳定的仿细胞膜界面，③接枝肝素分子形成仿血管内皮膜结构抗凝血涂层。这种将细胞膜界面持久的抗内源性凝血作用与接枝肝素高效灭活凝血因子两种机制结合的仿血管膜结构抗凝血涂层，不仅在抗凝血效果上突破了现有抗凝血涂层的局限，也解决了对不同材质及形状大小的医疗器械进行涂覆的制备难题。在包含血液透析器、氧合器、离心泵头、血液导管及插管的HD及ECMO耗材血液接触表面涂覆仿血管膜结构抗凝血涂层后，由合作的医院团队分别用狗和猪进行体外循环实验研究，首次实现了免抗凝剂的HD和ECMO无血栓体外运行。这种仿血管膜结构“不凝血涂层”技术的深入研究，对开发血液透析器、血液氧合器、人工血管、中心静脉导管、血管支架等高性能升级换代产品，简化治疗过程及消除抗凝剂不良反应等可起到先进技术的保障作用。
新型PMPCC-Hep抗凝涂层与2种传统涂层（EPA-Hep和Hep）的构建示意图
猪体外循环模型观察PMPCC-Hep抗凝涂层的应用效果