在严重创伤或外科手术中，失血往往决定生死。人体依赖血凝块来完成止血过程，它通过将血细胞与纤维蛋白聚集在一起，形成一个临时的屏障来阻止血液流失。然而，自身形成的血凝块并不总是可靠 —— 形成缓慢、结构脆弱，容易在复杂生理环境中破裂或脱落。 2026 年 4 月 29 日，麦吉尔大学李剑宇团队和合作者在 Nature 发表的题为「Engineering tough blood clots for rapid haemostasis and enhanced regeneration」的研究提出了一种全新的解决思路：将血凝块视为一种「可设计的材料」，从结构层面重构其性能，实现更快速、更稳定的止血，并显著促进组织再生。 被忽视的关键问题：血凝块一类高度细胞化材料的性能天然受限 从材料角度来看，血凝块属于一类典型的高度细胞化材料，其中红细胞约占 45% 的体积，而真正承担结构支撑作用的纤维蛋白却不到 1%。 这种「巧妇难为无米之炊」的特性，使得天然血凝块在力学上较为脆弱，容易发生断裂。同时，凝血过程本身较慢，通常需要数分钟才能形成稳定结构。在高压出血、持续血流冲刷或组织运动等复杂环境中，这种结构不仅难以及时形成，还可能发生破裂或脱落，从而显著限制止血效果，甚至影响后续组织修复。 科学思维的转变：从自身凝血到人工设计凝血，从聚合物主导到细胞主导 过去的改进策略大多集中在增强纤维蛋白网络或加快凝血反应，例如提高凝血因子活性、增强纤维蛋白交联或利用血小板收缩来提升刚度。这些方法虽然在一定程度上改善了血凝块的性质，但难以同时解决两个核心问题：快速形成与力学性能跨越提升。现有的生物材料增强策略主要集中在聚合物网络的结构设计上，并不适用于血凝块这类高度细胞化材料。相比之下，直接利用数量丰富的细胞成分来构建凝血通路和承力结构，成为一种更具潜力的方向。 在这样的背景下，研究团队提出了一种全新的策略 ——「点击凝血（click clotting）」。该方法利用超快速的生物正交点击化学反应，在数秒内将高密度红细胞通过共价键连接起来，形成连续的细胞网络结构 —— 细胞凝胶（cytogels），并进一步与天然凝血过程中形成的纤维蛋白网络交织，构建出工程化血凝块（engineered blood clots, EBC）。 在这一体系中，红细胞不再是被动的填充成分，而是直接参与承载外力，成为材料的基本结构单元，从而从根本上改变了血凝块的结构属性。 图 1：点击凝血与工程化血凝块的构建原理与基本特性 为什么它更强韧？一个全新的力学机制 这一结构设计带来了一个关键的力学机制转变。研究发现，细胞凝胶的韧性提升并不依赖于增加聚合物含量，而是来源于细胞本身。在外力作用下，红细胞会逐渐发生微观破裂，从而吸收并耗散能量。实验显示，血红蛋白释放量与拉伸程度呈正相关，表明细胞破裂是材料耗能的主要来源。 这种类似「牺牲结构」的机制可以有效抑制裂纹扩展，使材料在受到冲击或拉伸时不发生瞬时断裂，从而显著提高整体韧性。 图 2：红细胞凝胶的点击凝血与断裂行为 独特结构实现性能跃升 工程化血凝块构建了一种独特的互穿网络：红细胞形成连续承载与耗能网络，纤维蛋白提供结构稳定与粘附支撑。两者协同，使材料在受力时通过细胞逐步破裂耗散能量，同时保持整体完整性，从而显著增强抗破裂能力。同时，点击凝血反应的快速与可调性，使血凝块能够在数秒内形成，并实现对凝固时间的精确控制。 正是这一结构带来了显著的性能跃升。工程化血凝块相比天然血凝块，其凝固时间从分钟级缩短至数秒，同时断裂韧性提升约 13 倍，粘附能提升约 4 倍，并表现出更高的抗压能力和结构稳定性。 图 3：工程化血凝块的结构与力学性能 体内验证：从快速止血到组织再生 更重要的是，这种材料在体内展现出显著的治疗潜力。在大鼠肝脏出血模型中，它能够迅速封堵伤口，将失血量从约 1813 mg 降低至 24 mg，并将止血时间从 265 秒缩短至约 5 秒。 与此同时，由于其主要由天然血液成分构成，该材料表现出良好的生物相容性，不仅显著减少异物反应，降低炎症反应，还能促进组织再生。在 28 天内，受损组织接近完全恢复，而对照组则出现明显瘢痕。此外，该材料还显著降低了术后粘连发生率（约 17% 对比 83%）。 图 4：工程化血凝块的生物相容性、止血效果与促进组织再生能力 结语 从整体来看，这项研究的意义不仅在于实现了更高效的止血，更在于提出了一种新的设计思路：将血凝块从一个自然形成的生物产物，转变为一个可以工程化设计的材料体系。当红细胞从「填充物」转变为「结构单元」，血凝块也随之获得了全新的功能与潜力。随着进一步的研究与临床转化，这种工程化血凝块有望在创伤急救、外科手术和再生医学中发挥重要作用。细胞凝胶策略也为工程化组织，类器官等高度细胞化材料的发展提供新思路。 原文链接： https://www.nature.com/articles/s41586-026-10412-y 作者介绍：该文章的通讯作者为加拿大麦吉尔大学李剑宇教授，第一作者为蒋帅兵博士，现为哈佛医学院博后。合作者包括麦吉尔大学鲍光宇博士，杨真博士，吴靖，Joo Eun June Kim，Roselyn Jiang， Oliver Zhan，Alexander Nottegar，刘殷博士；科罗拉多大学博尔德分校龙荣教授，杨兴伟博士，麦吉尔大学 Anastasia Nijnik 教授，Versiti 血液研究所 Christian Kastrup 教授， 不列颠哥伦比亚大学高祖华教授，多伦多大学 Andrew Beckett 教授。 李剑宇团队近年来关于止血材料和血块力学方面的其他研究如下： (1) Guangyu Bao^, Qiman Gao, Massimo Cau, Nabil Ali-Mohamad, Mitchell Strong, Shuaibing Jiang^, Zhen Yang^, Amin Valiei, Zhenwei Ma^, Marco Amabili, Zu-Hua Gao, Luc Mongeau, Christian Kastrup, Jianyu Li*, Liquid-infused microstructured bioadhesives halt non-compressible hemorrhage, Nature Communications, 13, 5035 (2022). (2) Shuaibing Jiang^, Shiyu Liu^, Sum Lau^, Jianyu Li*, Hemostatic biomaterials to halt non-compressible hemorrhage, Journal of Materials Chemistry B, 10, 7239-7259 (2022). (3) Shiyu Liu^, Aram Bhamani^, Gabriella Paige Sugerman, Zhen Yang^, Manuel Rausch, Farshid Ghezelbash*, and Jianyu Li*, Adhesive and cohesive fracture of blood clots: Experiments and modeling, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 105858 (2024). (4) Shiyu Liu^, Guangyu Bao^, Zhenwei Ma^, Christian J. Kastrup, Jianyu Li*, Fracture mechanics of human blood clots: Measurements of toughness and critical length scales, Extreme Mechanics Letters, 101444 (2021).
