组织用双面胶带可代替手术缝合线

受蜘蛛用来捕捉猎物的粘性物质的启发，麻省理工学院的工程师们设计了一种双面胶带，可以迅速将组织密封在一起。

在对老鼠和猪的组织进行测试后，研究人员发现，这种新型胶带可以在5秒钟内将肺和肠等组织紧紧地绑在一起。他们希望这种胶带最终可以用来代替手术缝合线，因为手术缝合线不是在所有组织中都能很好地工作，而且可能会导致一些病人出现并发症。

“全世界每年有超过2.3亿例大型手术，其中许多需要缝合来缝合伤口，这实际上会对组织造成压力，导致感染、疼痛和疤痕。我们提出了一种完全不同的密封组织的方法。

研究人员表示，这种双面胶带还可以用来将可植入的医疗设备附着在包括心脏在内的组织上。此外，它的工作速度比组织胶快得多，组织胶通常需要几分钟才能凝固，并能滴到身体的其他部位。

研究生Hyunwoo Yuk和Claudia Varela是这项研究的主要作者，该研究发表在今天的《自然》杂志上。其他作者包括麻省理工学院研究生毛新宇、麻省理工学院机械工程学助理教授罗奇、梅奥诊所危重症护理医师纳兹迪克、布莱根女子医院病理学家帕德拉。

一个密封

在组织之间形成紧密的密封被认为是非常困难的，因为组织表面的水会干扰粘附。现有的组织胶通过两个组织表面之间的水扩散粘着分子，将它们粘在一起，但这个过程可能需要几分钟甚至更长时间。

麻省理工的研究小组想要找到一种更快的方法。赵的团队此前已经开发出了其他新型粘合剂，包括一种水凝胶超级胶水，它比自然界中出现的粘性物质(如贻贝和藤壶用来附着在船只和岩石上的物质)具有更强的附着力。

为了创造一种双面胶带，可以快速地将两个潮湿的表面连接在一起，研究小组从自然界获得了灵感——具体来说，就是蜘蛛用来在潮湿条件下捕捉猎物的粘性物质。这种蜘蛛胶含有带电的多糖，它可以几乎在瞬间从昆虫表面吸收水分，清除一小块胶水可以附着的干燥区域。

为了用工程粘合剂模拟这一过程，研究人员设计了一种材料，它首先从湿组织中吸收水分，然后迅速将两个组织结合在一起。在吸水方面，他们使用了聚丙烯酸，一种用于尿布的吸水性很强的材料。一旦胶带被粘上，它就会吸水，使得聚丙烯酸能迅速与两个组织形成弱氢键。

这些氢键和其他弱相互作用暂时保持胶带和组织的位置，而研究人员在聚丙烯酸中嵌入的称为NHS酯的化学基团与组织中的蛋白质形成更强的共价键。这大约需要5秒钟。

为了使胶带足够坚韧，能在体内持续使用，研究人员加入了明胶或壳聚糖(一种在昆虫壳中发现的硬多糖)。这些聚合物使粘合剂能够长时间保持其形状。根据胶带的用途，研究人员可以通过改变成分来控制胶带在体内分解的速度。明胶在人体内几天或几周内就会分解，而壳聚糖可以持续更长的时间(一个月甚至一年)。

“两个创新的概念相结合,研究小组成功地坚持快速、有效的湿和柔软的表面组织,在保持良好的附着力和机械性能好几天不会造成太多的炎症反应,“说Costantino Creton,巴黎ESPCI研究主管,他并没有参与这项研究。

快速愈合

Yuk说，这种粘合剂可能会对外科医生密封切口和愈合伤口的能力产生重大影响。为了探索这种新型双面胶带的可能应用，研究人员在几种不同类型的猪组织中进行了测试，包括皮肤、小肠、胃和肝脏。他们还对猪的肺和气管进行了测试，结果显示它们可以迅速修复这些器官的损伤。

“缝合柔软或脆弱的组织，如肺和气管，是非常具有挑战性的，但用我们的双面胶带，五秒钟内我们就可以很容易地密封它们，”Yuk说。

这种胶带也能很好地密封胃肠道的损伤，这对于防止手术后发生的泄漏非常有用。这种渗漏会导致败血症和其他潜在的致命并发症。

“我预计这种优雅的巨大转化潜力的方法到各种临床实践,以及基本的工程应用,特别是在外科手术的情况下,如缝合、不简单,”Yu说伯劳鸟,哈佛医学院的助理教授,他并没有参与这项研究。

在体内植入医疗设备是MIT团队正在探索的另一个应用。通过与罗氏公司的实验室合作，研究人员证明，这种胶带可以将一小块聚亚安酯贴片牢固地贴在活老鼠的心脏上，活老鼠的心脏只有拇指指甲大小。通常情况下，这种手术极其复杂，需要一位经验丰富的外科医生来完成，但研究小组能够简单地用胶带把贴片粘上几秒钟，然后它就会呆上几天。

除了聚氨酯心脏贴片，研究人员还发现这种胶带可以成功地将硅橡胶、钛和水凝胶等材料附着到组织上。

Yuk说:“这提供了一种更优雅、更直接、更普遍适用的方法来引入可植入的监测器或药物传输装置，因为我们可以附着在许多不同的位置，而不会造成损伤或因穿刺组织而导致的继发性并发症。”

研究人员目前正与医生合作，以确定这种粘合剂的其他应用，并在动物模型上进行更多的试验。

这项研究由国家科学基金会和海军研究办公室资助。