5月24日,nature发布了一篇有关生物胶的突破性研究。
藤壶启发的可以治疗猪肝脏严重出血的生物胶
Credit: SanaHeal
机械工程师Hyunwoo Yuk从保鲜膜中拿出一块紫红色的猪肝,并且切了一个小口后,试图用标准的薄膜敷料来修补切口,但因为器官的表面太过湿润,绷带无法粘住。
随后,Yuk使用了一小块实验性的生物胶,该胶布是用他公司专有的聚合物和化合物混合而成的。这种生物胶迅速附着并开始向内收缩,将切口拉近并进行机械加固。如果在活体中应用,将有助于促进伤口愈合。
这种生物胶粘剂最初是在剑桥的麻省理工学院(MIT)的材料科学家赵煊赫(音译)的实验室里开发出来的,与传统的缝合线和现有的出血控制剂相比,它为临床应用提供了潜在的可能。它已在动物试验中被证明可以帮助密封猪的结肠损伤、修补小鼠的皮肤损伤、并将生物电子装置粘贴在大鼠的心脏上。同时这款生物胶在被移除时不会对下层组织造成明显的损伤。
这项技术被描述为一种 "外科手术的万能胶",它的生物粘附性可以为外科医生提供一个通用的组织修复解决方案。
这种生物胶还可以被重新配制成一种类似于橡皮泥的糊状物,当植入动物受损的肝脏或心脏后,可以在几秒钟内形成一个防水的密封系统。在实验中证明,这种生物胶所产生的封闭效果比其他同类型的生物胶所产生的封闭效果要强。
这种生物胶材料因其粘合性能和易用性获得了很高的评价。
印第安纳州西拉法叶市普渡大学的化学家Jonathan Wilker对这种功能印象尤为深刻,因为这种技术依靠的是已经用于医疗设备的聚合物,因此可以确认是安全的。“以创新的方式排列这些材料,使其粘性达到了前所未有的水平",Wilker指出,"他们使用的化学成分并不十分奇特,但他们把它带到了一个前所未有的水平。
新加坡南洋理工大学的材料科学家陈晓东说:"与目前的伤口闭合技术相比,这是一个重大的改进"。
粘附凝聚力
当Yuk在2014年作为研究生加入赵的实验室小组时,组织粘附并不是他的主要目标。直到几年后,Yuk开始攻读博士学位后,研究才更多的转向了生物方向。
他说,他一直想做一些医疗方向的工作,特别是在十年前他的弟弟Youngwoo在韩国从五楼的摔下来之后,经历了大面积的内出血,需要多次手术才能存活。这次事故让Yuk看到了现有内出血控制方案的局限性。
SanaHeal最终计划是将其推广到外科应用。他正在寻找临床实验机会,首先是用于治疗糖尿病患者足部溃疡的伤口护理贴片,以及用于控制突发创伤情况下(如军事战斗期间)失血的生物胶。
马萨诸塞州剑桥市肯德尔广场生物技术中心的Patrick Rivelli说:“这些都是重要的临床应用。糖尿病足给全世界数以百万计的糖尿病患者造成了残疾和痛苦,而防止大出血是军队中可避免死亡的主要手段。”
这款生物胶相较于现有的止血产品存在很大的优势,现有止血产品大多起效慢,在血液中浸泡时会出现粘合力降低的问题,并且部分需要紫外线照射来进行固化。
Yuk的最终目标是"不需要准备步骤,医生可以简单植入"。
波士顿贝医疗中心的生物工程师Georgios Theocharidis说:"它的简单性真的很有吸引力"。
Georgios Theocharidis正在与这款生物胶的研究人员合作,在有溃疡的糖尿病小猪身上测试护理贴片。研究人员在去年证明,与常用的伤口护理产品制成的敷料相比,用这款自收缩粘性护理贴片包扎疮口可以更快的恢复。
充满灵感的设计
Yuk的许多工作都从自然界中获得的灵感。例如,生物胶的设计是模仿蜘蛛网吸收水分以捕获昆虫的方式。
而生物胶糊状物的灵感来自藤壶,藤壶在铺设粘性蛋白之前,会利用油性分泌物来清洁吸附表面的污染物。这种糊状物是将原始生物胶磨成小块,然后与矿物油混合。这种油可以吸走血液,生物胶粘剂的微粒子吸收多余的水分。这样生物胶材料就可以牢固地贴在组织上,形成一个不透水的密封,防止血液从伤口流出。
"从机制上讲,它的作用与藤壶胶的作用完全相同,"Yuk说,"这是真正的生物灵感"。