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。

  近日，麦吉尔大学李剑宇团队和合作者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。

  2026年4月29日，相关研究以“Engineering tough blood clots for rapid haemostasis and enhanced regeneration”为题发表在Nature 上。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。

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。

  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).

  原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10412-y