任何一位外科醫(yī)生的成長過程里，都少不了初學(xué)時(shí)參與手術(shù)收尾的縫縫補(bǔ)補(bǔ)，持針、縫線、打結(jié)、拆釘這些字眼會(huì)相伴許久。當(dāng)年還在笨拙地拿著持針器練習(xí)時(shí)，奇點(diǎn)糕就曾暢想過，會(huì)不會(huì)將來有一種先進(jìn)手段，讓縫合成為歷史呢？

這一天來得真的很快。

10月4日的《科學(xué)·轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》上，美國東北大學(xué)、哈佛大學(xué)和澳大利亞悉尼大學(xué)的研究人員發(fā)表了最新的成果。美澳兩國科學(xué)家們聯(lián)手開發(fā)了一種手術(shù)用的生物兼容性密封膠，可實(shí)現(xiàn)60秒內(nèi)封閉手術(shù)切口，這種被命名為MeTro的新型凝膠3-5年內(nèi)就能用于臨床[1]！

本期《科學(xué)·轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》封面

任何一臺(tái)手術(shù)都少不了縫合這個(gè)過程，醫(yī)生們用縫線、打釘?shù)确椒ò驯磺虚_的組織對合在一起，組織就會(huì)通過自行修復(fù)功能實(shí)現(xiàn)愈合。但就算切口縫得再怎么漂亮，傳統(tǒng)的縫合也有著明顯的缺陷，如機(jī)體對線、釘?shù)犬愇锏呐女惙磻?yīng)，感染風(fēng)險(xiǎn)增加，流程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，某些深處切口難以進(jìn)行縫合操作等[2]。

對于改進(jìn)縫合手段的探索，從來就沒有停止過。

如果換個(gè)角度來看，手術(shù)切口實(shí)際上就是組織間的縫隙。那么用密封膠填充好縫隙，不就實(shí)現(xiàn)了縫合的效果嗎？基于這種思路，手術(shù)密封膠的開發(fā)已取得了一些成果，F(xiàn)ocalSeal、Progel等產(chǎn)品已獲歐美國家的使用批準(zhǔn)，可作為傳統(tǒng)縫合手段的輔助取得較好的效果[3]。

不過現(xiàn)有的密封膠還不夠好。理想狀態(tài)里，密封膠既能與組織良好黏合，又得提供足夠的牽引力以防切口因?yàn)閺埩^大而破裂，同時(shí)密封膠還不能引起感染、排異等副作用，也盡量不要阻礙機(jī)體自身的修復(fù)，最好還能脫離傳統(tǒng)的縫線、打釘手段獨(dú)立使用[4]。這么一盤點(diǎn)，現(xiàn)有的手術(shù)密封膠頂多有著上述的一兩個(gè)特點(diǎn)，全部達(dá)標(biāo)？沒戲。

要怎樣攻克這些難關(guān)呢？東北大學(xué)助理教授Nasim Annabi和哈佛大學(xué)教授

Ali Khademhosseini帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)對基于彈性蛋白原進(jìn)行密封膠開發(fā)進(jìn)行了數(shù)年的探索。彈性蛋白原可通過影響細(xì)胞黏合和生長，在控制人體組織的彈性方面起到關(guān)鍵作用[5]，因此成為了研究人員的目標(biāo)。

通過化學(xué)合成和質(zhì)譜等手段，研究人員將重組人彈性蛋白原與甲基丙烯酸酐組合為初步的預(yù)聚體，再經(jīng)紫外線照射得到最終使用的凝膠MeTro。以下兩張動(dòng)圖可以對MeTro的工作原理進(jìn)行基本的解釋：

向切口涂上凝膠并用紫外線燈照射，完成封閉

凝膠可促進(jìn)切口愈合，隨后自然降解，不影響正常生理功能?

對MeTro進(jìn)行的一系列測試顯示，這種新型密封膠在粘合力和牽引力等指標(biāo)上明顯優(yōu)于市面銷售的其他同類產(chǎn)品。將干細(xì)胞注入至MeTro凝膠表面后進(jìn)行的分析顯示，MeTro不會(huì)影響細(xì)胞的存活，不產(chǎn)生毒性作用，體現(xiàn)了良好的生物兼容性。此前研究人員就發(fā)現(xiàn)，由于采用彈性蛋白原為材料，MeTro在促進(jìn)組織修復(fù)方面有著較好的效果[6]，本次試驗(yàn)中的進(jìn)一步分析顯示，MeTro可促進(jìn)細(xì)胞的代謝和增殖，從而加速切口的愈合。Annabi教授表示：“我們發(fā)現(xiàn)MeTro不僅僅是一種密封膠，它還可以促進(jìn)組織修復(fù)?！盵7]

不過指標(biāo)優(yōu)秀不代表效果一定出眾，用奇點(diǎn)糕一位球迷朋友的話說，“紙面實(shí)力都是虛的，踢踢看就知道了”。研究人員首先選擇了小鼠動(dòng)脈作為測試對象，通過體外測量確認(rèn)MeTro凝膠可顯著增強(qiáng)粘合力后，在活體小鼠上進(jìn)行了對切開腹主動(dòng)脈使用凝膠封閉的試驗(yàn)。

使用凝膠封閉后，試驗(yàn)小鼠均正常存活，未出現(xiàn)下肢缺血癥狀，且血管內(nèi)壓力與未經(jīng)動(dòng)脈切開的小鼠基本相同，意味著血管切口被有效封閉。影像學(xué)檢查顯示，MeTro凝膠與需修復(fù)的血管緊密黏合。用Annabi教授的話說，“MeTro的美妙之處在于，一旦接觸到組織表面，它就會(huì)凝固成凝膠狀態(tài)，不會(huì)跑掉。[8]”

?MeTro可與動(dòng)脈“親密接觸”

進(jìn)一步的試驗(yàn)采用的是彈性更強(qiáng)，對密封膠可塑性和綜合性能要求更高的小鼠肺模型，用來評估效果的指標(biāo)則是破裂壓力（Burst Pressure），若破裂壓力較低，就意味著切口封閉不良，出現(xiàn)肺持續(xù)漏氣，緊隨而來的就是氣胸這一常見且棘手的肺部手術(shù)并發(fā)癥[9]。進(jìn)行肺局部切除后僅四天，使用MeTro凝膠封閉切口的小鼠破裂壓力水平就恢復(fù)到了未經(jīng)手術(shù)的狀態(tài)，而使用其他密封膠和線縫合的小鼠由于破裂壓力較低，氣胸癥狀已威脅生命。染色和免疫組化分析顯示，所使用的凝膠在手術(shù)后1個(gè)月仍幾乎沒有降解。

在小鼠試驗(yàn)取得良好效果后，研究人員決定采用更大也更接近人體的豬肺模型對MeTro的效果進(jìn)行進(jìn)一步評價(jià)。14天的跟蹤觀察顯示，使用MeTro凝膠封閉的切口愈合良好，受試的豬沒有出現(xiàn)氣胸癥狀，也基本沒有切口處炎癥反應(yīng)。

當(dāng)然，MeTro凝膠也不是永久在傷口上“安家落戶”的。通過調(diào)節(jié)化學(xué)合成過程中甲基丙烯酸酐的濃度，可以得到降解時(shí)間在數(shù)小時(shí)到84天范圍內(nèi)的不同密封膠，從而根據(jù)各種手術(shù)切口的差異和患者身體狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，這進(jìn)一步增強(qiáng)了MeTro的臨床應(yīng)用能力。Annabi在哈佛大學(xué)時(shí)的老師，本文另一位通訊作者Khademhosseini教授表示：“MeTro可以在傷口愈合期內(nèi)保持穩(wěn)定附著，且降解完全無毒。”[10]

研究人員對MeTro有著很高的評價(jià)和期待。

Khademhosseini教授認(rèn)為：“MeTro達(dá)到了一款高效和多用途手術(shù)密封膠所需的全部要求。”參與研究的悉尼大學(xué)教授Anthony Weiss暢想得更加廣闊：“MeTro就像廚房和浴室用的硅膠墊一樣方便。這項(xiàng)成果有著很強(qiáng)的適用潛力，可以用于從車禍或戰(zhàn)場等緊急事故現(xiàn)場處理嚴(yán)重的內(nèi)傷傷口，到改善住院手術(shù)患者的愈合等許多場合。MeTro已經(jīng)做到了許多密封膠做不到的事，希望它能盡快投入臨床?！?/p>

如果進(jìn)一步的臨床試驗(yàn)驗(yàn)證了本次研究展示的良好成果，MeTro有望在3-5年內(nèi)投入正式應(yīng)用。不過奇點(diǎn)糕想說一句，看到這里的醫(yī)學(xué)生童鞋們，縫線打結(jié)還是要好好練的，別想偷懶……

參考資料：

1.http://stm.sciencemag.org/content/9/410/eaai7466

2.Annabi N, Tamayol A, Shin S R, et al. Surgical materials: current challenges and nano-enabled solutions[J]. Nano today, 2014, 9(5): 574-589.

3.Sanders L, Nagatomi J. Clinical applications of surgical adhesives and sealants[J]. Critical Reviews in Biomedical Engineering, 2014, 42(3-4).

4.https://www.engadget.com/2017/10/07/fast-sealing-surgical-glue-closing-wounds/

5.Baldock C, Oberhauser A F, Ma L, et al. Shape of tropoelastin, the highly extensible protein that controls human tissue elasticity[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011, 108(11): 4322-4327.

6.Annabi N, Tsang K, Mithieux S M, et al. Highly elastic micropatterned hydrogel for engineering functional cardiac tissue[J]. Advanced functional materials, 2013, 23(39): 4950-4959.

7.http://news.northeastern.edu/2017/10/researchers-develop-surgical-glue-that-seals-wounds-in-seconds/

8.https://sydney.edu.au/news-opinion/news/2017/10/05/_squirtable_-elastic-surgical-glue-seals-wounds-in-60-seconds.html

9.Cerfolio R J, Bass C S, Pask A H, et al. Predictors and treatment of persistent air leaks[J]. The Annals of thoracic surgery, 2002, 73(6): 1727-1731.

10.https://wyss.harvard.edu/a-super-elastic-surgical-glue-that-sticks-and-seals-in-vivo-even-when-tissues-are-moving/

圖片來源：123RF圖庫