5月24日,nature發布了一篇有關生物膠的突破性研究。
藤壺啟發的可以治療豬肝臟嚴重出血的生物膠
Credit: SanaHeal
機械工程師Hyunwoo Yuk從保鮮膜中拿出一塊紫紅色的豬肝,并且切了一個小口后,試圖用標準的薄膜敷料來修補切口,但因為器官的表面太過濕潤,繃帶無法粘住。
隨后,Yuk使用了一小塊實驗性的生物膠,該膠布是用他公司專有的聚合物和化合物混合而成的。這種生物膠迅速附著并開始向內收縮,將切口拉近并進行機械加固。如果在活體中應用,將有助于促進傷口愈合。
這種生物膠粘劑最初是在劍橋的麻省理工學院(MIT)的材料科學家趙煊赫(音譯)的實驗室里開發出來的,與傳統的縫合線和現有的出血控制劑相比,它為臨床應用提供了潛在的可能。它已在動物試驗中被證明可以幫助密封豬的結腸損傷、修補小鼠的皮膚損傷、并將生物電子裝置粘貼在大鼠的心臟上。同時這款生物膠在被移除時不會對下層組織造成明顯的損傷。
這項技術被描述為一種 "外科手術的萬能膠",它的生物粘附性可以為外科醫生提供一個通用的組織修復解決方案。
這種生物膠還可以被重新配制成一種類似于橡皮泥的糊狀物,當植入動物受損的肝臟或心臟后,可以在幾秒鐘內形成一個防水的密封系統。在實驗中證明,這種生物膠所產生的封閉效果比其他同類型的生物膠所產生的封閉效果要強。
這種生物膠材料因其粘合性能和易用性獲得了很高的評價。
印第安納州西拉法葉市普渡大學的化學家Jonathan Wilker對這種功能印象尤為深刻,因為這種技術依靠的是已經用于醫療設備的聚合物,因此可以確認是安全的。“以創新的方式排列這些材料,使其粘性達到了前所未有的水平",Wilker指出,"他們使用的化學成分并不十分奇特,但他們把它帶到了一個前所未有的水平。
新加坡南洋理工大學的材料科學家陳曉東說:"與目前的傷口閉合技術相比,這是一個重大的改進"。
粘附凝聚力
當Yuk在2014年作為研究生加入趙的實驗室小組時,組織粘附并不是他的主要目標。直到幾年后,Yuk開始攻讀博士學位后,研究才更多的轉向了生物方向。
他說,他一直想做一些醫療方向的工作,特別是在十年前他的弟弟Youngwoo在韓國從五樓的摔下來之后,經歷了大面積的內出血,需要多次手術才能存活。這次事故讓Yuk看到了現有內出血控制方案的局限性。
SanaHeal最終計劃是將其推廣到外科應用。他正在尋找臨床實驗機會,首先是用于治療糖尿病患者足部潰瘍的傷口護理貼片,以及用于控制突發創傷情況下(如軍事戰斗期間)失血的生物膠。
馬薩諸塞州劍橋市肯德爾廣場生物技術中心的Patrick Rivelli說:“這些都是重要的臨床應用。糖尿病足給全世界數以百萬計的糖尿病患者造成了殘疾和痛苦,而防止大出血是軍隊中可避免死亡的主要手段。”
這款生物膠相較于現有的止血產品存在很大的優勢,現有止血產品大多起效慢,在血液中浸泡時會出現粘合力降低的問題,并且部分需要紫外線照射來進行固化。
Yuk的最終目標是"不需要準備步驟,醫生可以簡單植入"。
波士頓貝醫療中心的生物工程師Georgios Theocharidis說:"它的簡單性真的很有吸引力"。
Georgios Theocharidis正在與這款生物膠的研究人員合作,在有潰瘍的糖尿病小豬身上測試護理貼片。研究人員在去年證明,與常用的傷口護理產品制成的敷料相比,用這款自收縮粘性護理貼片包扎瘡口可以更快的恢復。
充滿靈感的設計
Yuk的許多工作都從自然界中獲得的靈感。例如,生物膠的設計是模仿蜘蛛網吸收水分以捕獲昆蟲的方式。
而生物膠糊狀物的靈感來自藤壺,藤壺在鋪設粘性蛋白之前,會利用油性分泌物來清潔吸附表面的污染物。這種糊狀物是將原始生物膠磨成小塊,然后與礦物油混合。這種油可以吸走血液,生物膠粘劑的微粒子吸收多余的水分。這樣生物膠材料就可以牢固地貼在組織上,形成一個不透水的密封,防止血液從傷口流出。
"從機制上講,它的作用與藤壺膠的作用完全相同,"Yuk說,"這是真正的生物靈感"。