黑科技 | 神奇膠水，修補破碎的心
注：本文來自浙大求是風(fēng)采，授權(quán)轉(zhuǎn)發(fā)
撰文 | 周煒
深夜11點，上海兒童醫(yī)學(xué)中心，一臺小兒心臟手術(shù)已持續(xù)超過7個小時。心胸外科大夫陳會文此時已經(jīng)很累了。下了手術(shù)臺，他靠著墻，給一位浙大教授發(fā)去一條信息：
“歐陽兄，盼望您的神藥，今天手術(shù)，止血到現(xiàn)在。”
止血，醫(yī)護人員花了整整4個小時?！斑@個過程很是煎熬，”陳會文想起在一次會議時聽說過的神奇膠水——
來自浙江大學(xué)的歐陽宏偉教授說，他的團隊發(fā)明了一種新型水凝膠，能夠有力粘附于濕潤器官組織表面，在光的控制下迅速成膠，快速修補動脈、心臟等創(chuàng)口，并耐受住血液流動或心臟收縮時產(chǎn)生的壓力。
神奇“膠水”目前已在豬等大型動物上證實了有效性?！皻W陽當(dāng)時給我看過一段實驗視頻，讓我眼前一亮?！标悤恼f。5月14日，相關(guān)論文A strongly adhesive hemostatic hydrogel for the repair of arterial and heart bleeds在《自然通訊》雜志發(fā)表。第一作者為浙大基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院博士后洪逸。
中科院院士劉昌盛認為，這一研究完美地解決了醫(yī)用組織膠水在動態(tài)、濕性、大出血組織截面處的止血和封閉問題，并且操作便捷，會受到臨床醫(yī)生們的青睞。
功能化的即時止血和封閉傷口是臨床上一個巨大的需求。“如果能設(shè)計出一種‘膠水’，讓醫(yī)生告別縫線，傷口極速愈合，出血帶來的風(fēng)險就會大大降低?！?年前，歐陽宏偉開始了一項“閱讀天書”計劃，他說，人體就是一本豐富而精妙的材料學(xué)“天書”，蘊含著許多生物材料的設(shè)計思路。
補心“膠水”是一種新型水凝膠。這正是“天書”給研究人員最初的提示?！拔覀兊钠つw、肌腱、軟骨等都可以看做是不同成分和配比的水凝膠?！睔W陽宏偉認為，可以模仿細胞外基質(zhì)來做一種具有修復(fù)功能的水凝膠。其中最大的挑戰(zhàn)在于——界面，它要修補的界面是濕的。
濕，是普通膠水的“克星”。我們都有在墻上粘一個不干膠掛鉤的經(jīng)驗，要保證掛鉤粘得牢固，墻面必須干燥無塵。墻面有水，掛鉤就粘不住?！岸梭w環(huán)境濕的。”歐陽宏偉說，“尤其是血管破裂處，流動的血液沖擊傷口，普通的‘膠水’還沒粘碰上可能就被沖走?！?/span>
圖：雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和濕面粘附原理示意圖
研究團隊設(shè)計出一種全新的水凝膠Matrix Gel，它的主要成分為明膠(GelMa)和光板機分子修飾的透明質(zhì)酸（HA-NB），對光敏感。只要光“一聲令下”，這種材料就迅速進入成膠階段，長出兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從流動的液態(tài)變相為固態(tài)：首先是明膠上的雙鍵自行交聯(lián)，產(chǎn)生第一層網(wǎng)絡(luò)；同時，HA-NB的醛基與明膠上的氨基酸產(chǎn)生交聯(lián)，形成第二層網(wǎng)絡(luò)?！半p層網(wǎng)絡(luò)極大的提升了材料的力學(xué)性能，變得更抗壓。” 洪逸說，更令人驚喜的是，HA-NB的光生醛基還能與組織界面的氨基反應(yīng)，形成共價鍵，“醛基就像膠水伸出的一雙手，牢牢地抓住組織表面?！?/span>
這一創(chuàng)造性的設(shè)計，讓“膠水”就能在活動的、濕面的組織上應(yīng)付自如。實驗表明，補心“膠水”的粘附力可以抵抗290mmHg的壓力，遠高于常規(guī)收縮血壓( 60–160mmHg)。
豬的心臟大小與結(jié)構(gòu)與人的心臟最為接近，跳動心臟大出血是目前最難止的血。研究人員在豬搏動的心臟上穿了一個6毫米直徑的孔，鮮血噴濺而出。這時，研究人員在傷口擠入Matrix Gel，再用一束紫外光進行照射，幾秒鐘之內(nèi)，血止住了。
在無需縫合的狀態(tài)下，創(chuàng)口得到了完美閉合，術(shù)后，研究小組對參與實驗的豬進行了為期兩周的恢復(fù)期檢測，均未發(fā)現(xiàn)手術(shù)導(dǎo)致的任何異常。
圖：心臟止血過程實拍
“從動物實驗的角度來說，這是心臟外科止血的一次革新?！标悤挠谩罢鸷场眱勺置枋鏊吹綄嶒炓曨l的印象。在此之前，研究團隊已經(jīng)在豬肝臟大面積出血，豬頸動脈破裂等情況下測試Matrix Gel的性能，均顯示了良好的修補性能?！坝谑俏覀兿朐囋?，對于難度最大的心臟破裂，Matrix Gel的能力如何。”歐陽宏偉說。
除了濕面修補這一挑戰(zhàn)外，新型的水凝膠還體現(xiàn)了一定的強度。這種膠水能抵抗血液壓力和心臟跳動的收縮壓，同時，受紫外光控制的成膠過程，也讓修補過程變得易于操控。
在許多外科手術(shù)中，術(shù)后止血工作繁瑣而艱巨，也是手術(shù)風(fēng)險的敏感環(huán)節(jié)。 “在臨床上，我們用來止血的藥物、材料有10多種，速度較慢。對于動脈和主要臟器大出血沒有有效的快速止血手段。很多時候我們能做的只有等待。希望這項技術(shù)能夠早日走向臨床，解決我們外科手術(shù)普遍的難題?！标悤恼f。
“不僅僅是修補血管、心臟，外科醫(yī)生在很多情況下都在‘補漏’，他們需要趁手的材料。”歐陽宏偉說，Matrix Gel是通過對FDA認證的天然蛋白和多糖進行改性而來，具有很好的生物相容性?！八锌赡苡糜谄渌芏嘟M織修復(fù)?！焙橐菡J為，由于這種材料方便注射，這為體外進行內(nèi)組織修復(fù)提供了可能。
“下一步，我們研發(fā)出強度更好，也更便于操控的膠水?！睔W陽宏偉說。陳會文則對這一材料走向臨床滿懷期待：動物實驗的結(jié)果應(yīng)用到臨床還有較長的道路，比如這種凝膠與人體其他組織的相容性、在血肉模糊的外科手術(shù)視野下是否有同樣的效果、凝膠的安全性等。“期待盡快開展臨床相關(guān)研究，真正做到止血‘無痕’”。
