受鼻涕虫启发的心脏「创可贴」，这项黑科技有什么意义?

京东注：文章转自微信公众号丁香园

当提到外科手术止血，你会想到什么？

电刀？止血钳？超声刀？还是令人眼花缭乱的外科打结技术？

这些止血技术有一个共性，就是需要长时间的专业外科训练以及专业手术设备才能实现。而最近，一项前沿研究结果可能会改变这一现状。

上个月的 Science （科学）杂志刊登一项最新研究，哈佛大学科学家受到「鼻涕虫」启发，研制了一种新型止血材料。这种新材料可以迅速粘连止血。同时又保持极高的组织器官强度。

也许今后的外科医生利用这种新型的止血材料，就可以轻易完成严重外科创面的出血，使得之前不能进行的手术或者创伤修复成为可能。

心脏上的孔洞都可以打「补片」！这一令人咋舌的黑科技到底是如何实现的？

为什么选择了鼻涕虫？

贻贝、壁虎、蜗牛都能够产生粘液稳定粘附，而在科学家的筛选过程中，一种学名叫做 Arion subfuscus 的鼻涕虫脱颖而出。

这种鼻涕虫具有很好的柔软延展性；

当遭受威胁时，它会分泌一种特殊的粘液，把它自己和岩石土壤表面粘起来，捕食者甚至很难将它从它胶粘的表面上撬开；

而整个粘连过程都是在粘性湿润环境下进行的。

哈佛大学 Wyss 研究所迅速以这种鼻涕虫为原型，制备了一种新型双层水凝胶，这种水凝胶提取模拟了鼻涕虫体内双层藻酸盐 - 聚丙烯酰胺基质延展结构。同时借鉴其静电作用、共价键、物理渗透作用，确保粘连的强度。

口说无凭，让我们拿图说话。

如图中展示的，这种强力胶（Tough adhension）不但能在鲜血横流的心脏表面迅速粘连止血，而且具有良好的延展性和力学特性。可以拉伸到原体积 14 倍长度，同时仍可保证粘连处固定良好。粘连强度是传统粘合剂（502 胶）的 10 倍以上。

更重要的是，其在皮肤、软骨、心脏、动脉和肝脏组织均能够有效进行粘连，同时其粘连强度随时间增强而增强，细胞组织相容性良好，仅有轻中度的炎症反应。

心脏出血都可以通过简单的粘贴完成止血，和创可贴一样快捷简单。

这几乎就是理想中的完美外科吻合止血材料。

传统「胶水」为什么不行？

谈到粘连，最容易想到的就是胶水，「502」胶等强力粘合剂在体外已经广泛应用。

但人体体内器官修复和伤口吻合所需的「生物胶水」，和体外应用相比还需要同时满足以下几个要求：

要有足够强的粘连力学效应，最好能等同或者超过原有组织；

要能满足在人体湿润环境作用，同时不能和血液或其他体液发生反应；

无毒，能够长期在动态情况下保持性状稳定。 

「502」系列胶水尽管其粘连效应很强。但是其存在严重的缺陷。

氰基丙烯酸酯聚合物（「502」胶水有效成分）在含水的湿润环境下会逐渐分解，不但会产生甲醛等毒性物质，而且其强度会随之下降甚至消失。而这对于外科吻合来说就存在很大的风险。因此直到目前，仍只能应用于皮肤表面的粘连。

而另一种临床常用于术后止血的纤维蛋白胶（fibrin glue）。这种粘合剂使用了从血浆中分离的纤维蛋白原，并用凝血酶将其转变为纤维蛋白形成凝块。

这些凝块有一定粘性，但它们不会形成牢固的联结，而且 48 小时内就会被降解。而且其由于纤维蛋白原的特性，会导致手术部位广泛粘连，对未来可能手术造成困难。

这些都不能满足外科医生对于无创手术吻合的需求。

为什么这项研究意义重大？

这要从外科学的发展讲起了。外科学的发展，很大程度上是和外科止血技术的发展分不开的。

从基本的切开、结扎、缝合，到血管「三点式」吻合技术，再到目前各种复杂外科血管阻断吻合方式。

可以说，血管外科技术的发展使我们目前习以为常的复杂外科手术成为可能。

卡雷尔医生于 1902 年发明的

「三点式」血管缝合技术

这一技术至今仍在临床广泛应用

但是外科技术的发展在最近十几年也遇到了瓶颈。

一方面，传统缝扎、电切电凝、超声刀等止血吻合方式，尽管可以有效止血，但是也不可避免的会带来对机体的二次损伤（物理损伤、电损伤、热损伤等），而这些损伤可能比手术本身损伤还大；

另一方面，一个优秀的外科医生，不光需要优秀的个人素质，而且需要长时间的专业训练。而重大手术（器官移植、复杂手术）血管阻断时间有限，只能由有经验的外科医生完成，这又进一步限制了外科医生训练可能。

而这种新型材料，很有可能会改变外科止血观念，使得手术难度降低，以往不可能实现的手术成为可能。

临床展望

在 Science 杂志上的论文已经得到了学术圈的认可，但这种生物水凝胶在临床的应用，还有很长的路要走。

一方面，长期的细胞和组织影响尚需要再进一步的临床实践中得到验证；

另一方面，除了心脏的其他器官的临床应用及力学粘连性能还需要得到专业外科医生的临床验证。

如果说老一辈的外科医生，只需要拿好手中的柳叶刀。那么新一代的外科医生，不但要关心学术进展，同样需要对这些交叉学科技术有所涉猎。

而这些，离不开科学的进展和外科技术的革新。这些改变，能够让外科医生手术更加完美，让患者受到的损伤也更少。

参考文献：

1. Li J, Celiz A D, Yang J, et al. Tough adhesives for diverse wet surfaces[J]. Science, 2017, 357(6349): 378-381.

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