在心血管医学和外科手术中，血液接触的医疗设备（如血管移植物、支架和体外循环装置）经常面临血栓形成和感染的双重挑战。血栓形成会显著降低设备的使用寿命，并增加患者的术后并发症风险。尽管目前已有抗凝剂涂层技术，但其效果受限于局部药物释放的均匀性与持续时间。
一氧化氮（Nitric Oxide, NO）作为一种内源性分子，在调控血小板活性、预防血栓形成和抑制细菌生长方面具有独特的优势。将NO释放技术集成到医疗设备中，能够显著提升其抗血栓和抗感染性能。本研究旨在开发一种NO释放的体外循环系统，并在猫模型中验证其在预防血栓形成、维持生物相容性和降低感染风险方面的性能。
方法
- NO释放系统的设计与制备
- 系统核心采用NO释放聚合物（S-Nitrosothiol, RSNO）涂层，能够通过热或光催化产生稳定的一氧化氮。
- 聚合物涂层的释放速率经过优化，以确保在48小时内维持NO释放浓度（0.5–1.5 × 10⁻¹⁰ mol/cm²/s），模仿正常血管内皮细胞的NO释放水平。
- 实验动物与模型建立
- 选用6只成年健康猫作为实验动物，通过股静脉插管建立体外循环模型。
- 采用对照实验设计：一组使用普通体外循环系统（对照组），另一组使用NO释放体外循环系统（NO组）。
- 性能与生物相容性评估
- 血栓形成检测：通过超声观察设备内部的血液流动情况，并定期采集血样检测血小板活性和凝血酶生成。
- 血液相容性：评估红细胞溶血率、白细胞活性和补体激活水平。
- 组织兼容性：术后取下设备，检测聚合物表面的细胞附着情况和炎症标志物表达水平。
- 抗感染性能评估
- 在设备表面接种耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA），检测NO组与对照组的细菌定植密度，并评估NO释放对细菌生长的抑制效果。
结果
- 血栓形成的显著抑制
- NO组在48小时实验期间未观察到明显的血栓形成，而对照组的设备表面在12小时后出现了显著血栓沉积。
- 血小板活性检测显示，NO组的血小板黏附率降低了67%（p < 0.01），凝血酶生成水平显著减少。
- 血液相容性优异
- NO释放显著降低了溶血率和补体激活水平，与对照组相比，红细胞溶血率减少了45%（p < 0.05），C3a补体水平下降了近30%。
- NO组的白细胞计数和功能保持在生理范围内，而对照组观察到白细胞活性显著升高，提示发生了炎症反应。
- 抗感染性能的提升
- NO组设备表面MRSA定植密度显著低于对照组，细菌数量减少了89%（p < 0.001）。
- 设备表面的扫描电镜观察显示，NO释放涂层显著破坏了细菌的细胞壁结构。
- 组织兼容性
- NO组聚合物涂层表面细胞附着率低，炎症标志物（如TNF-α和IL-6）表达水平显著低于对照组。
结论
本研究验证了一种新型NO释放体外循环系统在猫血栓形成模型中的优越性能。实验结果表明，该系统显著减少了血栓形成和细菌定植，同时表现出良好的血液和组织相容性。这一创新技术有望为血液接触医疗设备的设计和应用提供新的解决方案，尤其在需要长时间血液循环支持的临床场景中具有广阔的前景。