黑科技 | 神奇胶水，修补破碎的心

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撰文 |  周   炜

图片 | 课题组

责编 | 周   炜

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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。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。”

止血，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。“ 欧阳当时给我看过一段实验视频，让我眼前一亮。”陈会文说。5月14日，相关论文 A strongly adhesive hemostatic hydrogel for the repair of arterial and heart bleeds在《自然通讯》杂志发表。第一作者为浙大基础医学院博士后洪逸。

中科院院士刘昌盛认为，这一研究完美地解决了医用组织胶水在动态、湿性、大出血组织截面处的止血和封闭问题，并且操作便捷，会受到临床医生们的青睐。

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“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。其中最大的挑战在于——界面，它要修补的界面是湿的。

 

湿，是普通胶水的 “克星”。我们都有在墙上粘一个不干胶挂钩的经验，要保证挂钩粘得牢固，墙面必须干燥无尘。墙面有水，挂钩就粘不住。“而人体环境湿的。” 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。”

 

双交联网络和湿面粘附原理示意图

研究团队设计出一种全新的水凝胶 Matrix Gel，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），对光敏感。只要光 “一声令下”，这种材料就迅速进入成胶阶段，长出两层网络结构，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。“ 双层网络极大的提升了材料的力学性能，变得更抗压。” 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” 就能在活动的、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)。

成功了！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，跳动心脏大出血是目前最难止的血。研究人员在猪搏动的心脏上穿了一个6毫米直径的孔，鲜血喷溅而出。这时，研究人员在伤口挤入 Matrix Gel，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，创口得到了完美闭合，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。

 

心脏止血过程实拍

 “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 Matrix Gel 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，Matrix Gel 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。

 

猪的肝脏模型修复实验视频

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，Matrix Gel 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’”。

 论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-10004-7

制版编辑 | 皮皮鱼

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