《科學》子刊：手術告別縫線打釘，對準切口一噴就行！美澳科學家開發新式密封膠，60秒即可封閉手術切口｜奇點猛科技

任何一位外科醫生的成長過程里，都少不了初學時參與手術收尾的縫縫補補，持針、縫線、打結、拆釘這些字眼會相伴許久。當年還在笨拙地拿著持針器練習時，奇點糕就曾暢想過，會不會將來有一種先進手段，讓縫合成為歷史呢？

這一天來得真的很快。10月4日的《科學·轉化醫學》上，美國東北大學、哈佛大學和澳大利亞悉尼大學的研究人員發表了最新的成果。美澳兩國科學家們聯手開發了一種手術用的生物兼容性密封膠，可實現60秒內封閉手術切口，這種被命名為MeTro的新型凝膠3-5年內就能用於臨床[1]！

本期《科學·轉化醫學》封面

任何一台手術都少不了縫合這個過程，醫生們用縫線、打釘等方法把被切開的組織對合在一起，組織就會通過自行修復功能實現癒合。但就算切口縫得再怎麼漂亮，傳統的縫合也有著明顯的缺陷，如機體對線、釘等異物的排異反應，感染風險增加，流程費時費力，某些深處切口難以進行縫合操作等[2]。對於改進縫合手段的探索，從來就沒有停止過。

如果換個角度來看，手術切口實際上就是組織間的縫隙。那麼用密封膠填充好縫隙，不就實現了縫合的效果嗎？基於這種思路，手術密封膠的開發已取得了一些成果，FocalSeal、Progel等產品已獲歐美國家的使用批准，可作為傳統縫合手段的輔助取得較好的效果[3]。

不過現有的密封膠還不夠好。理想狀態里，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為張力過大而破裂，同時密封膠還不能引起感染、排異等副作用，也盡量不要阻礙機體自身的修復，最好還能脫離傳統的縫線、打釘手段獨立使用[4]。這麼一盤點，現有的手術密封膠頂多有著上述的一兩個特點，全部達標？沒戲。

要怎樣攻克這些難關呢？東北大學助理教授Nasim Annabi和哈佛大學教授

Ali Khademhosseini帶領的研究團隊已經對基於彈性蛋白原進行密封膠開發進行了數年的探索。彈性蛋白原可通過影響細胞黏合和生長，在控制人體組織的彈性方面起到關鍵作用[5]，因此成為了研究人員的目標。

論文通訊作者Annabi（左）和Khademhosseini（右）教授

通過化學合成和質譜等手段，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聚體，再經紫外線照射得到最終使用的凝膠MeTro。以下兩張動圖可以對MeTro的工作原理進行基本的解釋：

向切口塗上凝膠並用紫外線燈照射，完成封閉

凝膠可促進切口癒合，隨後自然降解，不影響正常生理功能

對MeTro進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上明顯優於市面銷售的其他同類產品。將幹細胞注入至MeTro凝膠表面後進行的分析顯示，MeTro不會影響細胞的存活，不產生毒性作用，體現了良好的生物兼容性。此前研究人員就發現，由於採用彈性蛋白原為材料，MeTro在促進組織修復方面有著較好的效果[6]，本次試驗中的進一步分析顯示，MeTro可促進細胞的代謝和增殖，從而加速切口的癒合。Annabi教授表示：「我們發現MeTro不僅僅是一種密封膠，它還可以促進組織修復。」[7]

不過指標優秀不代表效果一定出眾，用奇點糕一位球迷朋友的話說，「紙面實力都是虛的，踢踢看就知道了」。研究人員首先選擇了小鼠動脈作為測試對象，通過體外測量確認MeTro凝膠可顯著增強粘合力後，在活體小鼠上進行了對切開腹主動脈使用凝膠封閉的試驗。

使用凝膠封閉後，試驗小鼠均正常存活，未出現下肢缺血癥狀，且血管內壓力與未經動脈切開的小鼠基本相同，意味著血管切口被有效封閉。影像學檢查顯示，MeTro凝膠與需修復的血管緊密黏合。用Annabi教授的話說，「MeTro的美妙之處在於，一旦接觸到組織表面，它就會凝固成凝膠狀態，不會跑掉。[8]」

MeTro可與動脈「親密接觸」

進一步的試驗採用的是彈性更強，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，出現肺持續漏氣，緊隨而來的就是氣胸這一常見且棘手的肺部手術併發症[9]。進行肺局部切除後僅四天，使用MeTro凝膠封閉切口的小鼠破裂壓力水平就恢復到了未經手術的狀態，而使用其他密封膠和線縫合的小鼠由於破裂壓力較低，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後1個月仍幾乎沒有降解。

在小鼠試驗取得良好效果後，研究人員決定採用更大也更接近人體的豬肺模型對MeTro的效果進行進一步評價。14天的跟蹤觀察顯示，使用MeTro凝膠封閉的切口癒合良好，受試的豬沒有出現氣胸癥狀，也基本沒有切口處炎症反應。

當然，MeTro凝膠也不是永久在傷口上「安家落戶」的。通過調節化學合成過程中甲基丙烯酸酐的濃度，可以得到降解時間在數小時到84天範圍內的不同密封膠，從而根據各種手術切口的差異和患者身體狀況進行動態調整，這進一步增強了MeTro的臨床應用能力。Annabi在哈佛大學時的老師，本文另一位通訊作者Khademhosseini教授表示：「MeTro可以在傷口癒合期內保持穩定附著，且降解完全無毒。」[10]

研究人員對MeTro有著很高的評價和期待。Khademhosseini教授認為：「MeTro達到了一款高效和多用途手術密封膠所需的全部要求。」參與研究的悉尼大學教授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。這項成果有著很強的適用潛力，可以用於從車禍或戰場等緊急事故現場處理嚴重的內傷傷口，到改善住院手術患者的癒合等許多場合。MeTro已經做到了許多密封膠做不到的事，希望它能儘快投入臨床。」

如果進一步的臨床試驗驗證了本次研究展示的良好成果，MeTro有望在3-5年內投入正式應用。不過奇點糕想說一句，看到這裡的醫學生童鞋們，縫線打結還是要好好練的，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/

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