科研人员发明新型水凝胶 天然材料满足生物相容

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。