科技改變生活 · 科技引領(lǐng)未來
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豬的肝臟在穿孔破壞后，鮮血瞬間噴濺而出。這時(shí)，研究人員在傷口擠入一種水凝膠，再用一束紫外光進(jìn)行照射。神奇的現(xiàn)象出現(xiàn)了，短短不到20秒，血被成功止住，而且沒有進(jìn)行任何縫合！這種的新型水凝膠名為MatrixGel，由浙江大學(xué)歐陽宏偉教授團(tuán)隊(duì)發(fā)明
豬的肝臟在穿孔破壞后，鮮血瞬間噴濺而出。
這時(shí)，研究人員在傷口擠入一種水凝膠，再用一束紫外光進(jìn)行照射。
神奇的現(xiàn)象出現(xiàn)了，短短不到20秒，血被成功止住，而且沒有進(jìn)行任何縫合！
這種的新型水凝膠名為Matrix Gel，由浙江大學(xué)歐陽宏偉教授團(tuán)隊(duì)發(fā)明，能快速止住高壓大出血，且安全可降解，無不良反應(yīng)，其效果已經(jīng)在豬身上得到了證實(shí)，有望將來應(yīng)用到臨床。
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(rèn)為，這一研究完美地解決了醫(yī)用組織膠水在動(dòng)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(huì)受到臨床醫(yī)生們的青睞。
在濕滑的表面，牢牢粘附
功能化的即時(shí)止血和封閉傷口是臨床上一個(gè)巨大的需求。"如果能設(shè)計(jì)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(xiǎn)就會(huì)大大降低。"4年前，歐陽宏偉開始了一項(xiàng)"閱讀天書"計(jì)劃，他說，人體就是一本豐富而精妙的材料學(xué)"天書"，蘊(yùn)含著許多生物材料的設(shè)計(jì)思路。
補(bǔ)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。"我們的皮膚、肌腱、軟骨等都可以看做是不同成分和配比的水凝膠。"歐陽宏偉認(rèn)為，可以模仿細(xì)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(bǔ)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(gè)不干膠掛鉤的經(jīng)驗(yàn)，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。"而人體環(huán)境濕的。"歐陽宏偉說，"尤其是血管破裂處，流動(dòng)的血液沖擊傷口，普通的'膠水'還沒粘碰上可能就被沖走。"
新發(fā)明的生物膠Matrix Gel成分接近人體結(jié)締組織中膠原蛋白與糖胺聚糖的比例。在紫外光照射后，不但能使生物膠在 1 秒內(nèi)就實(shí)現(xiàn)固化，固化后的膠體還具有較強(qiáng)濕面粘附和力學(xué)性能。
這一創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)，讓“膠水”就能在活動(dòng)的、濕面的組織上應(yīng)付自如。實(shí)驗(yàn)表明，補(bǔ)心“膠水”的粘附力可以抵抗290mmHg的壓力，遠(yuǎn)高于常規(guī)收縮血壓( 60–160mmHg)。
耗時(shí)＜20秒！搏動(dòng)的豬心被成功修復(fù)
豬的心臟大小與結(jié)構(gòu)與人的心臟最為接近，跳動(dòng)心臟大出血是目前最難止的血。研究人員在豬搏動(dòng)的心臟上穿了一個(gè)6毫米直徑的孔，鮮血噴濺而出。這時(shí)，研究人員在傷口擠入Matrix Gel，再用一束紫外光進(jìn)行照射，幾秒鐘之內(nèi)，血止住了。
豬的心臟進(jìn)行制造傷口、注射生物膠、紫外照射等一系列操作，從注射生物膠到止血整個(gè)過程不超過 20 秒，且無需再縫合。可以看出這個(gè)止血操作高效便捷，在注射凝膠后馬上紫外照射會(huì)很快實(shí)現(xiàn)止血。
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(duì)參與實(shí)驗(yàn)的豬進(jìn)行了為期兩周的恢復(fù)期檢測，術(shù)后解剖發(fā)現(xiàn)，豬的心臟傷口密封完好，也沒有觀察到壞死和大的炎癥，說明這種生物膠的生物相容性良好。
從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的角度來說，這是心臟外科止血的一次革新。在此之前，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在豬肝臟大面積出血，豬頸動(dòng)脈破裂等情況下測試Matrix Gel的性能，均顯示了良好的修補(bǔ)性能。"于是我們想試試，對(duì)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(bǔ)這一挑戰(zhàn)外，新型的水凝膠還體現(xiàn)了一定的強(qiáng)度。這種膠水能抵抗血液壓力和心臟跳動(dòng)的收縮壓，同時(shí)，受紫外光控制的成膠過程，也讓修補(bǔ)過程變得易于操控。
此外，這個(gè)生物膠易于降解。大鼠實(shí)驗(yàn)中，7 天后植入物殘留為 82.5 ± 5.5%，56 天后僅剩余 20.0 ± 5.0%。降解產(chǎn)物為氨基酸和糖類，能被人體吸收利用。
萬能的生物"膠水"？
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(xiǎn)的敏感環(huán)節(jié)。 在臨床上，用來止血的藥物、材料有10多種，速度較慢。對(duì)于動(dòng)脈和主要臟器大出血沒有有效的快速止血手段。很多時(shí)候醫(yī)生能做的只有等待。外科醫(yī)生希望這項(xiàng)技術(shù)能夠早日走向臨床，解決外科手術(shù)普遍的難題。
"不僅僅是修補(bǔ)血管、心臟，外科醫(yī)生在很多情況下都在'補(bǔ)漏'，他們需要趁手的材料。"歐陽宏偉說，Matrix Gel是通過對(duì)FDA認(rèn)證的天然蛋白和多糖進(jìn)行改性而來，具有很好的生物相容性。
"它有可能用于其他很多組織修復(fù)。"洪逸認(rèn)為，由于這種材料方便注射，這為體外進(jìn)行內(nèi)組織修復(fù)提供了可能。甚至是普通傷口，也可以通過小手電樣裝置光觸發(fā)紫外線而快速方便的使用。目前許多液體創(chuàng)可貼產(chǎn)品涂上后也需要干燥等過程，相比之下，這種方式可以減少涂上材料后的等待時(shí)間。研究團(tuán)隊(duì)需要完善的就是設(shè)計(jì)微型化的一次性使用裝置。
"下一步，我們研發(fā)出強(qiáng)度更好，也更便于操控的膠水。"歐陽宏偉說。這個(gè)材料已經(jīng)申請(qǐng)了多項(xiàng)中國專利和國際專利。研究團(tuán)隊(duì)下一步計(jì)劃將其轉(zhuǎn)化為可臨床醫(yī)用的醫(yī)療器械產(chǎn)品來造福社會(huì)，降低因無法有效控制出血造成的死亡率以及血液制品的消耗量。
本文來源：浙江大學(xué)學(xué)術(shù)委員會(huì)、DeepTech深科技
本文編輯：浙江大學(xué)微訊社 賀露瑤 施維凱
責(zé)任編輯：周亦穎
何楠林