受鼻涕蟲啟發的心臟「創可貼」

當提到外科手術止血，你會想到什麼？

電刀？止血鉗？超聲刀？還是令人眼花繚亂的外科打結技術？

這些止血技術有一個共性，就是需要長時間的專業外科訓練以及專業手術設備才能實現。而最近，一項前沿研究結果可能會改變這一現狀。

上個月的 Science （科學）雜誌刊登一項最新研究，哈佛大學科學家受到「鼻涕蟲」啟發，研製了一種新型止血材料。這種新材料可以迅速粘連止血。同時又保持極高的組織器官強度。

也許今後的外科醫生利用這種新型的止血材料，就可以輕易完成嚴重外科創面的出血，使得之前不能進行的手術或者創傷修復成為可能。

心臟上的孔洞都可以打「補片」！這一令人咋舌的黑科技到底是如何實現的？

為什麼選擇了鼻涕蟲？

貽貝、壁虎、蝸牛都能夠產生粘液穩定粘附，而在科學家的篩選過程中，一種學名叫做 Arion subfuscus 的鼻涕蟲脫穎而出。

• 這種鼻涕蟲具有很好的柔軟延展性；

• 當遭受威脅時，它會分泌一種特殊的粘液，把它自己和岩石土壤表面粘起來，捕食者甚至很難將它從它膠粘的表面上撬開；

• 而整個粘連過程都是在粘性濕潤環境下進行的。

哈佛大學 Wyss 研究所迅速以這種鼻涕蟲為原型，製備了一種新型雙層水凝膠，這種水凝膠提取模擬了鼻涕蟲體內雙層藻酸鹽 - 聚丙烯醯胺基質延展結構。同時借鑒其靜電作用、共價鍵、物理滲透作用，確保粘連的強度。

口說無憑，讓我們拿圖說話。

如圖中展示的，這種強力膠（Tough adhension）不但能在鮮血橫流的心臟表面迅速粘連止血，而且具有良好的延展性和力學特性。可以拉伸到原體積 14 倍長度，同時仍可保證粘連處固定良好。粘連強度是傳統粘合劑（502 膠）的 10 倍以上。

更重要的是，其在皮膚、軟骨、心臟、動脈和肝臟組織均能夠有效進行粘連，同時其粘連強度隨時間增強而增強，細胞組織相容性良好，僅有輕中度的炎症反應。

心臟出血都可以通過簡單的粘貼完成止血，和創可貼一樣快捷簡單。

這幾乎就是理想中的完美外科吻合止血材料。

傳統「膠水」為什麼不行？

談到粘連，最容易想到的就是膠水，「502」膠等強力粘合劑在體外已經廣泛應用。

但人體體內器官修復和傷口吻合所需的「生物膠水」，和體外應用相比還需要同時滿足以下幾個要求：

1. 要有足夠強的粘連力學效應，最好能等同或者超過原有組織；

2. 要能滿足在人體濕潤環境作用，同時不能和血液或其他體液發生反應；

3. 無毒，能夠長期在動態情況下保持性狀穩定。

「502」系列膠水儘管其粘連效應很強。但是其存在嚴重的缺陷。

氰基丙烯酸酯聚合物（「502」膠水有效成分）在含水的濕潤環境下會逐漸分解，不但會產生甲醛等毒性物質，而且其強度會隨之下降甚至消失。而這對於外科吻合來說就存在很大的風險。因此直到目前，仍只能應用於皮膚表面的粘連。

而另一種臨床常用於術後止血的纖維蛋白膠（fibrin glue）。這種粘合劑使用了從血漿中分離的纖維蛋白原，並用凝血酶將其轉變為纖維蛋白形成凝塊。

這些凝塊有一定粘性，但它們不會形成牢固的聯結，而且 48 小時內就會被降解。而且其由於纖維蛋白原的特性，會導致手術部位廣泛粘連，對未來可能手術造成困難。

這些都不能滿足外科醫生對於無創手術吻合的需求。

為什麼這項研究意義重大？

這要從外科學的發展講起了。外科學的發展，很大程度上是和外科止血技術的發展分不開的。

從基本的切開、結紮、縫合，到血管「三點式」吻合技術，再到目前各種複雜外科血管阻斷吻合方式。

可以說，血管外科技術的發展使我們目前習以為常的複雜外科手術成為可能。

卡雷爾醫生於 1902 年發明的

「三點式」血管縫合技術

這一技術至今仍在臨床廣泛應用

但是外科技術的發展在最近十幾年也遇到了瓶頸。

一方面，傳統縫扎、電切電凝、超聲刀等止血吻合方式，儘管可以有效止血，但是也不可避免的會帶來對機體的二次損傷（物理損傷、電損傷、熱損傷等），而這些損傷可能比手術本身損傷還大；

另一方面，一個優秀的外科醫生，不光需要優秀的個人素質，而且需要長時間的專業訓練。而重大手術（器官移植、複雜手術）血管阻斷時間有限，只能由有經驗的外科醫生完成，這又進一步限制了外科醫生訓練可能。

而這種新型材料，很有可能會改變外科止血觀念，使得手術難度降低，以往不可能實現的手術成為可能。

臨床展望

在 Science 雜誌上的論文已經得到了學術圈的認可，但這種生物水凝膠在臨床的應用，還有很長的路要走。

• 一方面，長期的細胞和組織影響尚需要再進一步的臨床實踐中得到驗證；

• 另一方面，除了心臟的其他器官的臨床應用及力學粘連性能還需要得到專業外科醫生的臨床驗證。

如果說老一輩的外科醫生，只需要拿好手中的柳葉刀。那麼新一代的外科醫生，不但要關心學術進展，同樣需要對這些交叉學科技術有所涉獵。

而這些，離不開科學的進展和外科技術的革新。這些改變，能夠讓外科醫生手術更加完美，讓患者受到的損傷也更少。

參考文獻：

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

黃石 丁香園

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