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发表时间:2019-05-21 23:24:04

  让蛋白质成分联网 神奇“胶水”实现快速止血

  第二看台

  本报记者 江 耘 实习生 洪恒飞

  通 讯 员 周 炜

  近日,浙江大学欧阳宏伟教授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。

  这一神奇“胶水”的止血效果,目前已在猪等大型动物上获得了证实,相关论文发表于《自然·通讯》杂志。中科院院士刘昌盛认为,该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。

  双层网络粘附湿滑表面

  “人体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。”欧阳宏伟表示,人体的皮肤、肌腱、软骨等都可以看做是不同成分和配比的水凝胶,功能化即时止血和封闭伤口是一项重大的临床需求,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。

  欧阳宏伟认为,模仿细胞外基质来研制水凝胶,最大的挑战在于——界面是湿的。

  日常生活中,人们若想在墙上粘不干胶挂钩,需要保持墙面干燥无尘,一旦墙面湿滑,粘胶就很难发挥作用。“但人体环境是湿的。”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”还没粘上可能就被冲走。

  这次设计的全新水凝胶Matrix Gel,主要成分为明胶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”,它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。

  “受到光照后,明胶上的双键会自行交联,产生第一层网络;同时,HA-NB的醛基与明胶上的氨基酸也产生交联,形成第二层网络。”论文第一作者、浙江大学基础医学院博士后洪逸解释道。

  光控成胶挑战心跳搏动

  研究团队随后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。

  他们在猪搏动的心脏上穿了一个6毫米直径的孔,鲜血喷涌而出。他们随即在伤口挤入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,术后为期两周的恢复期检测,均未发现手术导致的任何异常。

  “由此可见,除了湿面修补这一功能,双层网络也极大地提升了材料的力学性能。”洪逸说,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。

  天然材料满足生物相容

  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,特别是对于动脉和主要脏器大出血,没有有效的快速止血手段。

  “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。

  “从动物实验的角度来说,这是心脏外科止血的一次革新。”在看到研究团队的实验视频后,上海儿童医学中心的心胸外科医师陈会文发出了惊叹。他告诉科技日报记者,自己不久前参与了一项长达7小时的心脏手术,“光止血就花了四小时,所以期待这项成果可以尽早投入到临床应用。”

  对此,欧阳宏伟也表示,动物实验的结果应用到临床还有较长的道路,团队将就该凝胶与人体其他组织的相容性、安全性,及在血肉模糊的外科手术视野下的可操作性进行深入研究。

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  让蛋白质成分联网 神奇“胶水”实现快速止血

  第二看台

  本报记者 江 耘 实习生 洪恒飞

  通 讯 员 周 炜

  近日,浙江大学欧阳宏伟教授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。

  这一神奇“胶水”的止血效果,目前已在猪等大型动物上获得了证实,相关论文发表于《自然·通讯》杂志。中科院院士刘昌盛认为,该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。

  双层网络粘附湿滑表面

  “人体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。”欧阳宏伟表示,人体的皮肤、肌腱、软骨等都可以看做是不同成分和配比的水凝胶,功能化即时止血和封闭伤口是一项重大的临床需求,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。

  欧阳宏伟认为,模仿细胞外基质来研制水凝胶,最大的挑战在于——界面是湿的。

  日常生活中,人们若想在墙上粘不干胶挂钩,需要保持墙面干燥无尘,一旦墙面湿滑,粘胶就很难发挥作用。“但人体环境是湿的。”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”还没粘上可能就被冲走。

  这次设计的全新水凝胶Matrix Gel,主要成分为明胶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”,它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。

  “受到光照后,明胶上的双键会自行交联,产生第一层网络;同时,HA-NB的醛基与明胶上的氨基酸也产生交联,形成第二层网络。”论文第一作者、浙江大学基础医学院博士后洪逸解释道。

  光控成胶挑战心跳搏动

  研究团队随后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。

  他们在猪搏动的心脏上穿了一个6毫米直径的孔,鲜血喷涌而出。他们随即在伤口挤入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,术后为期两周的恢复期检测,均未发现手术导致的任何异常。

  “由此可见,除了湿面修补这一功能,双层网络也极大地提升了材料的力学性能。”洪逸说,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。

  天然材料满足生物相容

  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,特别是对于动脉和主要脏器大出血,没有有效的快速止血手段。

  “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。

  “从动物实验的角度来说,这是心脏外科止血的一次革新。”在看到研究团队的实验视频后,上海儿童医学中心的心胸外科医师陈会文发出了惊叹。他告诉科技日报记者,自己不久前参与了一项长达7小时的心脏手术,“光止血就花了四小时,所以期待这项成果可以尽早投入到临床应用。”

  对此,欧阳宏伟也表示,动物实验的结果应用到临床还有较长的道路,团队将就该凝胶与人体其他组织的相容性、安全性,及在血肉模糊的外科手术视野下的可操作性进行深入研究。