深夜 11 點，上海兒童醫學中心，一臺小兒心臟手術已持續超過 7 個小時。心胸外科大夫陳會文此時已經很累了。下了手術臺，他靠著墻，給一位浙大教授發去一條信息：

　　“歐陽兄，盼望您的神藥，今天手術，止血到現在。”

　　止血，醫護人員花了整整 4 個小時。“這個過程很是煎熬，”陳會文想起在一次會議時聽說過的神奇膠水——

　　來自浙江大學的歐陽宏偉教授說，他的團隊發明了一種新型水凝膠，能夠有力粘附于濕潤器官組織表面，在光的控制下迅速成膠，快速修補動脈、心臟等創口，并耐受住血液流動或心臟收縮時產生的壓力。

　　神奇“膠水”目前已在豬等大型動物上證實了有效性。“歐陽當時給我看過一段實驗視頻，讓我眼前一亮。”陳會文說。5 月 14 日，相關論文 A strongly adhesive hemostatic hydrogel for the repair of arterial and heart bleeds 在《自然通訊》雜志發表。第一作者為浙大基礎醫學院博士后洪逸。

　　中科院院士劉昌盛認為，這一研究完美地解決了醫用組織膠水在動態、濕性、大出血組織截面處的止血和封閉問題，并且操作便捷，會受到臨床醫生們的青睞。

　　在濕滑的表面，牢牢粘附

　　功能化的即時止血和封閉傷口是臨床上一個巨大的需求。“如果能設計出一種‘膠水’，讓醫生告別縫線，傷口極速愈合，出血帶來的風險就會大大降低。”4 年前，歐陽宏偉開始了一項“閱讀天書”計劃，他說，人體就是一本豐富而精妙的材料學“天書”，蘊含著許多生物材料的設計思路。

　　補心“膠水”是一種新型水凝膠。這正是“天書”給研究人員最初的提示。“我們的皮膚、肌腱、軟骨等都可以看做是不同成分和配比的水凝膠。”歐陽宏偉認為，可以模仿細胞外基質來做一種具有修復功能的水凝膠。其中最大的挑戰在于——界面，它要修補的界面是濕的。

　　濕，是普通膠水的“克星”。我們都有在墻上粘一個不干膠掛鉤的經驗，要保證掛鉤粘得牢固，墻面必須干燥無塵。墻面有水，掛鉤就粘不住。“而人體環境濕的。”歐陽宏偉說，“尤其是血管破裂處，流動的血液沖擊傷口，普通的‘膠水’還沒粘碰上可能就被沖走。”

圖：雙交聯網絡和濕面粘附原理示意圖

　　研究團隊設計出一種全新的水凝膠 Matrix Gel，它的主要成分為明膠(GelMa)和光板機分子修飾的透明質酸（HA-NB），對光敏感。只要光“一聲令下”，這種材料就迅速進入成膠階段，長出兩層網絡結構，從流動的液態變相為固態：首先是明膠上的雙鍵自行交聯，產生第一層網絡；同時，HA-NB 的醛基與明膠上的氨基酸產生交聯，形成第二層網絡。“雙層網絡極大的提升了材料的力學性能，變得更抗壓。” 洪逸說，更令人驚喜的是，HA-NB 的光生醛基還能與組織界面的氨基反應，形成共價鍵，“醛基就像膠水伸出的一雙手，牢牢地抓住組織表面。”

　　這一創造性的設計，讓“膠水”就能在活動的、濕面的組織上應付自如。實驗表明，補心“膠水”的粘附力可以抵抗 290mmHg 的壓力，遠高于常規收縮血壓( 60–160mmHg)。

　　成功了！豬心破裂修復實驗

　　豬的心臟大小與結構與人的心臟最為接近，跳動心臟大出血是目前最難止的血。研究人員在豬搏動的心臟上穿了一個 6 毫米直徑的孔，鮮血噴濺而出。這時，研究人員在傷口擠入 Matrix Gel，再用一束紫外光進行照射，幾秒鐘之內，血止住了。

　　在無需縫合的狀態下，創口得到了完美閉合，術后，研究小組對參與實驗的豬進行了為期兩周的恢復期檢測，均未發現手術導致的任何異常。

圖：心臟止血過程實拍

　　“從動物實驗的角度來說，這是心臟外科止血的一次革新。”陳會文用“震撼”兩字描述他看到實驗視頻的印象。在此之前，研究團隊已經在豬肝臟大面積出血，豬頸動脈破裂等情況下測試 Matrix Gel 的性能，均顯示了良好的修補性能。“于是我們想試試，對于難度最大的心臟破裂，Matrix Gel 的能力如何。”歐陽宏偉說。

　　除了濕面修補這一挑戰外，新型的水凝膠還體現了一定的強度。這種膠水能抵抗血液壓力和心臟跳動的收縮壓，同時，受紫外光控制的成膠過程，也讓修補過程變得易于操控。

　　萬能的生物“膠水”？

　　在許多外科手術中，術后止血工作繁瑣而艱巨，也是手術風險的敏感環節。 “在臨床上，我們用來止血的藥物、材料有 10 多種，速度較慢。對于動脈和主要臟器大出血沒有有效的快速止血手段。很多時候我們能做的只有等待。希望這項技術能夠早日走向臨床，解決我們外科手術普遍的難題。”陳會文說。

　　“不僅僅是修補血管、心臟，外科醫生在很多情況下都在‘補漏’，他們需要趁手的材料。”歐陽宏偉說，Matrix Gel 是通過對 FDA 認證的天然蛋白和多糖進行改性而來，具有很好的生物相容性。“它有可能用于其他很多組織修復。”洪逸認為，由于這種材料方便注射，這為體外進行內組織修復提供了可能。

　　“下一步，我們研發出強度更好，也更便于操控的膠水。”歐陽宏偉說。陳會文則對這一材料走向臨床滿懷期待：動物實驗的結果應用到臨床還有較長的道路，比如這種凝膠與人體其他組織的相容性、在血肉模糊的外科手術視野下是否有同樣的效果、凝膠的安全性等。“期待盡快開展臨床相關研究，真正做到止血‘無痕’”。

　　論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-10004-7

　　文：周煒

　　圖：課題組

　　編輯：周煒

　　原創：浙江大學學術委員會

總結

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