[科普中国]-新型医用胶黏剂问世，动脉出血、心脏创伤无需再缝缝补补

近期，《自然·通讯》上发表了一篇题为《一种可修复动脉和心脏出血的强力止血水凝胶》的科研成果，介绍了一种可用于快速使动脉和心脏创口闭合的光敏型胶黏剂。该胶黏剂最快可在几秒内迅速聚合，并在紫外光照后和湿润的生物组织表面牢固结合，从而能够快速止住高压大出血，且安全可降解，无生物不良反应，其效果在猪身上已经得到证实，将来有望应用于临床。一、止血凝胶黑科技横空出世若不能及时止住动脉或心脏出血，无疑是在和死神赛跑。每年因大出血导致患者在创伤后或手术过程中死亡的案例不在少数。目前临床上采用的主要止血和伤口闭合方法是止血剂和手术缝合。然而，现有的止血剂止血速度较慢，湿面粘附能力较差，不能有效地控制动脉和主要脏器的大出血。而手术缝合不仅有碍术后的美观，也会增加手术过程后细菌感染的几率，给患者生命安全带来新的威胁。因此，如何快速止血和伤口闭合变成临床上的一大挑战。首先，止血材料要实现临床应用需要克服这四大挑战：就目前的医用止血剂而言，要同时满足以上四大基本要求是很难的，那么此次研发的新型止血凝胶的表现如何呢?1. 强劲的粘附能力和力学性能本研究中发挥强力止血和创口闭合作用的凝胶（Matrix Gel）其实是采用了仿生学原理，它以人体内最强大的胶体组织-软骨为参照，包含了软骨中主要成分：胶原和多糖。说到软骨大家肯定不陌生，它是一种在人体内起到支持和保护作用的结缔组织。在这里使用仿结缔组织，不仅增加了凝胶对生物体的粘附性，也可以利用其强大的机械强度来确保水凝胶材料的力学性能和韧性，能承受住高的血压不会被冲破，同时还能承受一定程度的拉伸，比如心脏的剧烈跳动，不会因拉扯而发生断裂。2.快速成型性事实上，Matrix Gel仅需用紫外光照射20~30 s，就可承受最高290毫米汞柱 （mm Hg）的压力，这明显高于大多数临床环境中的血管压力（收缩压60~160 mm Hg）。这说明此类止血剂所具有的快速响应能力有望帮助病人在与死神的赛跑中取得胜利。3.强止血和闭合性颈动脉出血一般来说来势凶猛，常呈喷射状涌出，需要就地采用指压止血法或止血带止血法进行止血。然而指压止血需要一直按压，止血带止血方法则需要实施者具备一定的专业医疗知识，否则会因长期供血不足导致远端组织因缺血坏死！这次问世的新技术可以很好地解决动脉大出血的难题，其效果已经在猪颈动脉大出血的紧急止血实验中得到证实。研究表明只需在紫外光照射下使用止血钳夹住血管并注射Matrix Gel，20秒后血就可以被有效止住。持续观察两周后发现猪生存状况良好，且Matrix Gel仍有效地粘附在实验损伤位置，血管中也并未出现血栓，组织学切片也显示伤口已完全修复，这说明Matrix Gel具备体内快速止血能力，并对动脉创口起到了很好的闭合作用。4.良好的生物相容性另外，研究也表明实验对象的各项生化指标均处于正常范围，无心脏缺血和心梗等情况发生。生物体代谢结果显示，该止血凝胶代谢良好，且代谢产物为氨基酸和糖类，能被机体吸收利用，这也说明了该凝胶具有良好的生物相容性。二、什么使得Matrix Gel在现有止血剂中出类拔萃？同样是采用凝胶止血技术，该技术为何能在众多研究成果中脱颖而出呢？这与其设计思路、优异的综合性能及完备的生物实验都密不可分。1. 双网络交联技术交联是指线性高分子链通过物理或者化学的方法连接成平面网状或者立体三维结构的过程。此次在Matrix Gel上使用的是物理交联技术，通过紫外线的辐射使得线性高分子链的支链发生结合，好比一群人通过手拉手的方式组成一个大的集合体一样。而且在紫外光照条件下，体系中还会诱发出光生醛基，这是一种活性成分，它能与体系中的氨基反应，发生二次交联，形成第二层网络结构，最终使得凝胶聚合速度更快、更牢固，极大地改善了体系的力学性能。另外，紫外光激发是一种精准且方便的控制方式，医生在操作中可以精准的控制粘合位置，避免不必要的粘合发生，尤其适用于各种复杂狭小空间及微创手术，这也是该材料相对于其它材料的一个明显优势。2.优异的综合性能通过之前的介绍，我们了解到该止血凝胶可快速控制住目前临床胶体难以应对的高压大出血，胶黏能力和力学性能优异，安全可降解且无不良反应。从综合性能来看，该止血凝胶无疑是当前最理想的止血材料，目前也只有它能在猪这样的大型动物活体上止住心脏伤口射血并让其正常存活。3.完备的生物实验比起其它同类型工作，该研究有着更全面的生物学实验数据作为支持。不同于常规实验选择小老鼠为对象，这次研究中科研人员选择了器官大小、形态结构、生理代谢和免疫系统与人类接近的猪作为实验对象，因此实验成果具有更好的适用性和说服力。三、未来 Matrix Gel 将何去何从？总体来说，此项发明使得生物大分子材料表现出了快速的成胶性能，较强的湿面组织粘附性能，较强的力学性能，以及良好的生物相容性和降解能力。另外，Matrix Gel黏度低，可注射，使用方便，是理想的医用胶水候选材料。但是将动物实验结果到临床应用还有很长的路要走，比如说该凝胶与人体其它组织的相容性如何，凝胶是否具有潜在的毒性等等，仍需进一步展开相关的临床研究。希望此技术能早日成熟，在临床伤口封闭和快速止血方面能够得到广泛的应用。作者：薛元彬 安阳工学院材料物理与化学专业审稿：【中】陆修远 日本大阪大学免疫前沿研究中心研究员编辑：王波文章由腾讯科普“科普中国头条创作与推送项目”团队推出转载请注明来自科普中国参考文献：1. Hong Y, Zhang SF, Ouyang HW et. A strongly adhesive hemostatic hydrogel for the repair of arterial and heart bleeds. Nature communication,2019,10:20602. Fan Z. et al. A novel wound dressing based on Ag/graphene polymer hydrogel: effectively kill bacteria and accelerate wound healing. Advanced Function Material, 2014, 24: 3933–39433. Laurenti JB. et al. Enhanced pro-coagulant hemostatic agents based on nanometric zeolites. Micro. Microporous and Mesoporous Materials, 2017,239:263-2714. Li J. et al. Tough adhesives for diverse wet surfaces. Science, 2017,357, 378–381