能补心!这是真正的生物万能胶

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能补心!这是真正的生物万能胶

2019年05月23日来源: 浙江在线 记者 章咪佳

  浙江在线-钱江晚报5月23日讯(钱江晚报记者 章咪佳)深夜11点,上海儿童医学中心,一台小儿心脏手术已持续超过7个小时。

  主刀的心胸外科大夫陈会文此时已经很累了。下了手术台,他靠着墙,给一位浙大教授发去一条信息:“欧阳兄,盼望您的神药,今天手术,止血到现在。”

  这台手术的止血过程,医护人员花了整整4个小时。“这个过程很是煎熬,”陈会文想起在一次会议时听说过的神奇胶水——

  来自浙江大学的欧阳宏伟教授说,他的团队发明了一种新型水凝胶,能够有力粘附于湿润器官组织表面,在光的控制下迅速成胶,快速修补动脉、心脏等创口,并耐受住血液流动或心脏收缩时产生的压力。

  神奇“胶水”目前已在猪等大型动物上证实了有效性,相关论文在最近一期《自然通讯》杂志上发表。

  它能在湿滑的表面

  牢牢粘附

  功能化的即时止血和封闭伤口是临床上一个巨大的需求。

  “如果能设计出一种‘胶水’,让医生告别缝线,伤口极速愈合,出血带来的风险就会大大降低。”4年前,欧阳宏伟开始了一项“阅读天书”计划,他说,人体就是一本丰富而精妙的材料学“天书”,蕴含着许多生物材料的设计思路。

  补心“胶水”是一种新型水凝胶。这正是人体这部“天书”给研究人员最初的提示。

  “我们的皮肤、肌腱、软骨等都可以看做是不同成分和配比的水凝胶。”欧阳宏伟认为,可以模仿细胞外基质,来做一种具有修复功能的水凝胶。

  制造这种水凝胶的最大挑战在于界面,它要修补的界面是湿的。

  这很好理解,湿,是普通胶水的“克星”——在墙上粘一个不干胶挂钩,为保证挂钩粘得牢固,墙面也必须得干燥。

  “但是人体环境是湿的。”欧阳宏伟说,“尤其是血管破裂处

,流动的血液冲击伤口,普通的‘胶水’还没粘碰上,可能就被冲走。”

  欧阳宏伟研究团队设计出一种全新的水凝胶MatrixGel,它的主要成分为明胶(GelMa)和光板机分子修饰的透明质酸(HA-NB),后者对光敏感。

  只要光启动,MatrixGel就迅速进入成胶阶段,它的内部会长出两层网络结构,帮助它从流动的液态变相为固态:首先是明胶上的双键自行交联,产生第一层网络;同时,HA-NB的醛基与明胶上的氨基酸产生交联,形成第二层网络。

  “双层网络极大地提升了材料的力学性能,变得更抗压。”论文的第一作者、浙大基础医学院博士后洪逸说,更令人惊喜的是,HA-NB的光生醛基还能与组织界面的氨基反应,形成共价键,“醛基就像胶水伸出的一双手,牢牢地抓住组织表面

。”

  这一创造性的设计,让“胶水”能在活动的、湿面的组织上,应付自如。实验表明:补心“胶水”的粘附力,可以抵抗290mmHg的压力,远高于常规收缩血压(60~160mmHg)。

  成功!

  猪心破裂修复实验

  猪的心脏大小与结构与人的心脏最为接近,跳动的心脏大出血是目前最难的止血情境。

  研究人员在猪搏动的心脏上穿了一个6毫米直径的孔,鲜血瞬间喷溅而出。

  这时,研究人员在伤口挤入MatrixGel,再用一束紫外光进行照射,几秒钟之内,血止住了。在无需缝合的状态下,创口得到了闭合。

  术后,研究小组对参与实验的猪进行了为期两周的恢复期检测,均未发现手术导致的任何异常。

  “从动物实验的角度来说,这是心脏外科止血的一次革新。”陈会文用“震撼”两字描述他看到实验视频的印象。

  在此之前,研究团队已经在猪肝脏大面积出血,猪颈动脉破裂等情况下测试MatrixGel的性能,均显示了良好的修补性能。“于是我们想试试,对于难度最大的心脏破裂,MatrixGel的能力如何。”欧阳宏伟说。

  除了湿面修补这一挑战外,新型的水凝胶还体现了一定的强度。这种胶水能抵抗血液压力和心脏跳动的收缩压。

  同时,受紫外光控制的成胶过程,也让修补过程变得易于操控。

  将会是

  万能的生物“胶水”?

  在许多外科手术中,术后止血工作繁琐而艰巨,也是手术风险的敏感环节。

  “在临床上,我们用来止血的药物、材料有10多种,速度较慢。对于动脉和主要脏器大出血没有有效的快速止血手段。很多时候我们能做的只有等待。希望这项技术能够早日走向临床,解决我们外科手术普遍的难题。”陈会文说。

  “不仅仅是修补血管、心脏,外科医生在很多情况下都在‘补漏’,他们需要趁手的材料。”欧阳宏伟说,MatrixGel是通过对FDA认证的天然蛋白和多糖进行改性而来,具有很好的生物相容性。

  “它有可能用于其他很多组织修复。”洪逸认为,由于这种材料方便注射,这为体外进行内组织修复提供了可能。

  “下一步,我们将研发出强度更好,也更便于操控的胶水。”欧阳宏伟说。

  陈会文则对这一材料走向临床满怀期待:动物实验的结果应用到临床还有较长的道路,比如这种凝胶与人体其他组织的相容性、在血肉模糊的外科手术视野下是否有同样的效果、凝胶的安全性等。“期待尽快开展临床相关研究,真正做到止血‘无痕’”。

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