粒子的尺寸在治疗创伤性损伤中至关重要

一项新的分析结果找到了可最有效地阻止内出血纳米粒子的尺寸。图片来源：Christine Daniloff，麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology,MIT）

创伤性损伤是45岁及以下美国人的首要死因，全球每年有超过300万人死于这类创伤。为了减少该创伤导致的死亡人数，许多研究人员正在研究可注射的纳米粒子，用于定位内伤部位，吸引有助于止血的细胞，直至患者能到达医院接受进一步治疗。

尽管其中一些粒子在动物实验中十分有效，但它们还没有在人类患者身上进行过实验。缺乏关于此类粒子的作用机制和潜在安全性的信息是原因之一。为了进一步阐明这些因素，麻省理工学院（MIT）的化学工程师们首次系统研究了不同大小的聚合物纳米粒子如何在体内循环，以及它们如何与促进血液凝固的血小板相互作用。

在对大鼠的一项研究中表明，粒径约150纳米的中等大小的粒子在止血方面卓有成效。与更大的粒子不同，它们不太可能入肺或其他脱靶部位。

“纳米粒子总会在肝脏和脾脏中有一些累积，但我们希望更多的活性粒子积聚在伤口而非体内的过滤器官，”麻省理工学院教授、化学工程系主任兼科赫综合癌症研究所（Koch Institute for Integrative Cancer Research）成员Paula Hammond说道。

Hammon，Alexander和I.Michael Kasser化学工程教授Bradley Olsen及哈佛医学院（Harvard Medical School,HMS）外科教授、麻省总医院（Massachusetts General Hospital,MGH）创伤、急诊外科和外科重症监护主任George Velmahos是该研究的资深作者。

麻省理工学院研究生Celestine Hong是该论文的第一作者，该论文发表在《美国化学学会·纳米》（ACS Nano）杂志上。

尺寸效应

止血纳米粒子能通过多种方法制备。最常用的方法之一是由生物相容性聚合物制成，该聚合物与蛋白质或肽共轭结合，吸引血小板，使血液凝固。

在这项研究中，研究人员通过连接聚合物PEG-PLGA与GRGDS肽来制备纳米粒子。在既往对止血聚合物粒子的研究中，粒径范围都集中在300至500纳米。然而，很少有研究系统地分析过尺寸如何影响纳米粒子的功能。

“我们试图研究纳米粒子的尺寸如何影响其与伤口的相互作用，这是以前用于止血的聚合物纳米粒子尚未涉足过的领域，”Hong说道。

动物实验表明，较大的纳米粒子有助止血，但这些粒子也易于积聚在肺部，这将会导致肺部出现不必要的凝血。在这项新研究中，麻省理工学院的团队分析了包括小型（<100纳米）、中型（140-220纳米）和大型（500-650纳米）在内的一系列纳米粒子。

首先，他们在实验室中分析了这些粒子在各种条件下如何与活性血小板相互作用。在一项测试中，他们测量了当血小板流经管道时粒子与血小板的结合程度，其中，最小的纳米颗粒与血小板的结合百分比最高。在另一项测试中，他们测量了纳米粒子粘附在血小板涂层表面上的能力。此时，最大的纳米粒子粘附性最好。

随后，研究人员提出了一个稍有不同的问题，并分析了粘附在表面的物质中有多少是纳米粒子，有多少是血小板，因为此时的最终目标是吸引尽可能多的血小板。参照该基准，他们发现中等尺寸的粒子是最有效的。

“如果吸引了一堆纳米粒子，它们会因相互结块而最终阻止血小板结合，这是徒劳无功的。我们希望的是血小板进入，”Hong说道。“当我们进行该实验时，我们发现中等粒径作用下最终的血小板含量最高。”

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止血

研究人员随后在小鼠身上测试了三种尺寸的纳米粒子。首先，他们将这些颗粒注射到健康小鼠体内，以研究它们在体内循环的时间以及积聚部位。他们发现，正如先前研究所见，最大的粒子更易于积聚在肺部或其他脱靶部位，并且它们的循环时间更短。

随后，研究人员与麻省总医院的合作者使用大鼠内伤模型，研究哪种粒子在止血方面最有效。他们发现中等尺寸的粒子似乎效果最好，它们在伤口部位的积累率也最高。

“这项研究表明，我们并不一定要关注更大的纳米粒子，我认为这一点在之前的工作中不甚明晰。将我们的注意力转向中等尺寸的范围可为我们的研究开启新的大门。”Hammond说道。

研究人员现在希望在更大的动物模型中测试这些中等大小的粒子，以获得更多有关其安全性和最有效剂量的信息。他们希望，该粒子最终可以用作一线治疗，以在足够长的时间内止血，让患者到达医院就诊。

“这些粒子旨在减少可避免的死亡。它们不是内出血的灵丹妙药，但它们能给病人额外几小时，坚持到他们能去医院并接受适当的治疗，”Hong说道。

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撰文：Anne Trafton，麻省理工学院。

翻译：哥本哈根的量子

审校：赵冰莹

引进来源：物理学家组织网

本文来自：中国数字科技馆

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