“拆分”和“重组”策略构筑结构精确可控的类肝素化聚合物修饰材料表面及其血液相容性研究

Blood compatibility is the forever topic to design biomaterials. Heparin-mimicking polymers (HMP) modified materials show good hemocompatibility, which is comparable to heparin-modified materials. Despite a lot of work in this area, there are still no clear rules or extensive structure-property relationships on how the structural parameters relate to resultant biological properties. In this project, heparin will be split into glyco, sulfonated and carboxylic units. These units are then recombined to construct HMP on model substrates by controlled/living polymerization or by self-assembly technique. The influence of the content, distribution, and combining form of the building units on the biological functions of the modified materials will be investigated. Based on the obtained structure-property rules, HMP will be introduced to biomedical material surfaces. Through regulating the composition of the building units on the surface, we seek to develop a multifunctional surface with anticoagulant properties, ability of endothelialization and inhibiting the hyperplasia of smooth muscle cells. This study will enrich the fundamental theory of structure-property relationships for HMP modified material surfaces and provide a new strategy to design multifunctional blood compatible materials.

生物材料的血液相容性是生物材料设计的永恒主题。可与肝素媲美的类肝素化聚合物（HMP）改性后的材料，其血液相容性可得到显著改善，但对HMP化学结构如何影响生物性能缺乏全面和系统的研究。本项目拟将肝素“拆分”为糖、磺酸、羧酸等基本构筑单元，再通过可控活性聚合法或自组装法“重组”策略在模型基材表面构筑结构精确可控的HMP，研究改性后表面与血小板、内皮细胞、平滑肌细胞的作用情况，获得HMP中每一组分（糖、磺酸、羧酸）的含量、分布以及组合形式对其生物活性的影响规律。基于上述研究成果，采用相同策略在特定的生物医用材料表面引入HMP，通过调控表面组成使修饰后材料在抗凝血性能、内皮细胞作用和平滑肌细胞作用这三者达到有机平衡，最终获得兼具抗凝血性能、促进内皮化和抑制平滑肌细胞增生的多功能材料表面。该研究将丰富HMP结构与生物学性能关系这一基础研究理论，同时为血液相容性材料的多功能设计提供新的思路。

本项目采用“拆分”和“重组”的策略，设计制备了一系列含糖、磺酸和羧酸单元的结构精确可控的类肝素聚合物（HMP）修饰材料表面，研究了材料表面中每一组分（糖、磺酸、羧酸）的含量、分布以及组合形式对其血液相容性的影响规律及其作用机制。并以获得的结构-性能关系为指导，在生物医用材料表面通过同样的策略引入HMP，使HMP修饰后的材料表面在抗凝血性能、内皮细胞作用和平滑肌细胞作用这三者达到有机的平衡，获得兼具抗凝血性能、促进内皮化和抑制平滑肌细胞增生的多功能血液接触材料表面。在以上研究工作的基础上，我们进一步研究了类肝素聚合物化学组成和拓扑结构的协同作用对血管细胞行为的影响。本项目工作共发表学术论文9篇，其中影响因子大于5的论文8篇，以上研究结果为制备HMP修饰材料表面以提高其血液相容性提供了实验依据和理论指导。