何頡

膠水本是司空見(jiàn)慣的生活用品，但如今科學(xué)界竟然開(kāi)發(fā)出醫(yī)用膠水，可以取代創(chuàng)可貼等方式，用于皮膚淺層撕裂傷，直接粘合傷口，起到止血、抑菌、減小疤痕等作用。更令人驚喜的是，據(jù)英國(guó)《自然·通訊》近期報(bào)道，中國(guó)浙江大學(xué)和華東理工大學(xué)專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種“升級(jí)版”醫(yī)用膠水，無(wú)需縫合及拆線，能直接“粘好”心臟等主要臟器上的傷口，20秒內(nèi)解決手術(shù)中和手術(shù)后的內(nèi)臟出血問(wèn)題。術(shù)后，膠水會(huì)隨著傷口的愈合自然降解。如此神奇，你信嗎？

首款現(xiàn)代膠水出自柯達(dá)公司

提起膠水，很多人的第一反應(yīng)是“502強(qiáng)力膠”。強(qiáng)力膠中的關(guān)鍵成分是氰基丙烯酸酯（Cyanoacrylate），只要接觸到外界的一點(diǎn)水分就會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)，形成結(jié)實(shí)的聚合物，把物體迅速粘結(jié)在一起。這種物質(zhì)的應(yīng)用源于半個(gè)多世紀(jì)前的兩次偶然。

第二次世界大戰(zhàn)期間，美國(guó)研究人員哈利·庫(kù)夫（Harry Coover）想開(kāi)發(fā)一種適合做槍用瞄準(zhǔn)鏡的透明塑料，“氰基丙烯酸酯”就是候選原料之一。但這東西碰啥就粘啥，無(wú)法做出想要的東西，庫(kù)夫就放棄了。到了20世紀(jì)50年代，他又參與了另外一個(gè)研究項(xiàng)目，在田納西州伊士曼柯達(dá)公司（Eastman Kodak）（簡(jiǎn)稱(chēng)柯達(dá)公司）的實(shí)驗(yàn)室，測(cè)試適合噴氣式飛機(jī)駕駛艙耐溫涂層的化合物。他的一個(gè)學(xué)生合成了氰基丙烯酸乙酯，結(jié)果，用來(lái)測(cè)量樣品折射率的兩個(gè)棱鏡被這種物質(zhì)牢牢地粘在了一起。這一次庫(kù)夫終于意識(shí)到：這玩意兒不用來(lái)粘東西真是可惜了。7年后，名為“Eastman 910”的“超級(jí)膠水”上市。這就是現(xiàn)在常用的膠水的前身。

膠水救活了一眾傷兵

不過(guò)，庫(kù)夫最驕傲的成就之一，是他的膠水發(fā)明在越南戰(zhàn)爭(zhēng)中被用來(lái)治療受傷的士兵：醫(yī)務(wù)人員帶著噴霧形式的超級(jí)膠水給傷兵止血。庫(kù)夫曾告訴田納西州《金斯波特時(shí)報(bào)》（Kingsport Times-News）：“如果有人胸部受傷或出現(xiàn)開(kāi)放性傷口出血，他們遇到的最大問(wèn)題是止血，許多人都因?yàn)橹寡患皶r(shí)而死于失血過(guò)多。醫(yī)務(wù)人員使用噴霧型膠水，止住了出血，給傷員搶出了送回基地醫(yī)院救治的時(shí)間，許多人的生命因此得救。”需要注意的是，醫(yī)用膠水中用的成分是經(jīng)過(guò)改良的長(zhǎng)鏈氰基丙烯酸酯，和普通膠水不一樣，小伙伴們可千萬(wàn)別拿日常生活中的502膠水止血療傷哦。

雖然膠水在緊急情況下能救命，但早期的超強(qiáng)膠水化合物會(huì)引起皮膚刺激和其他副作用。后來(lái)，人們開(kāi)發(fā)出對(duì)人體皮膚更溫和的醫(yī)用膠產(chǎn)品，如醫(yī)用膠多抹棒等。

水分是膠水的大克星

但說(shuō)出大天去，當(dāng)前醫(yī)用膠水依然存在彈性不佳、怕濕（用在持續(xù)濕潤(rùn)的表面會(huì)失去粘性）、不夠安全等不足，主要用途只局限于應(yīng)付簡(jiǎn)單的皮膚淺層撕裂傷。對(duì)于主動(dòng)脈破裂和心臟創(chuàng)口這種大任務(wù)，往往還是得通過(guò)手術(shù)縫合，比如傳統(tǒng)縫扎、電切電凝、超聲刀等止血吻合方式。這些方法盡管有效，但也不可避免地給身體造成二次損傷（物理?yè)p傷、電損傷、熱損傷等）。為此，科學(xué)家一直在尋找既不怕濕又對(duì)人體足夠安全的“手術(shù)用膠水”，希望能無(wú)創(chuàng)“粘合”傷口，讓縫針、拆線成為過(guò)去式。

膠水材料要想快速封閉心臟和動(dòng)脈的傷口、止血，需要同時(shí)滿(mǎn)足4個(gè)條件來(lái)應(yīng)對(duì)人體內(nèi)嚴(yán)酷的環(huán)境：快速成膠，防止被血流沖走;對(duì)高度濕潤(rùn)的機(jī)體組織有較強(qiáng)的粘附力，以有效密封傷口;合適的力學(xué)性能，用于承受強(qiáng)大的血壓沖擊（比如心臟這種每分鐘多達(dá)60～80次“血液颶風(fēng)”環(huán)境）以及周邊組織的擠壓和摩擦;有較好的生物相容性，能適時(shí)（過(guò)早過(guò)晚降解都不行）在體內(nèi)生物降解，對(duì)機(jī)體無(wú)毒。

不怕潮的手術(shù)止血膠

今年5月14日，英國(guó)《自然-通訊》雜志報(bào)道了一項(xiàng)可喜成果——我國(guó)浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院歐陽(yáng)宏偉教授團(tuán)隊(duì)和華東理工大學(xué)朱麟勇教授合作，研發(fā)了一種“強(qiáng)力止血水凝膠”。這是一種光敏（對(duì)光敏感）醫(yī)用膠水，經(jīng)過(guò)紫外線照射“激活”后，在20秒內(nèi)與潮濕的生物組織表面牢固結(jié)合，將傷口密封，可用于快速修復(fù)動(dòng)脈和心臟出血。它安全可降解，無(wú)不良反應(yīng)，醫(yī)療效果已經(jīng)在豬身上得到了證實(shí)，將來(lái)有望應(yīng)用到臨床上。

研究人員指出，人體內(nèi)的環(huán)境是濕的，尤其是血管破裂處，流動(dòng)的血液會(huì)沖擊傷口，普通的“醫(yī)用膠水”還沒(méi)粘上傷口可能就被沖走，其設(shè)計(jì)的水凝膠就克服了這一挑戰(zhàn)。在研究人員看來(lái)，人的皮膚、肌腱、軟骨等可視為不同成分和配比的水凝膠。歐陽(yáng)宏偉等人的膠水研發(fā)靈感就來(lái)自于組成生物結(jié)締組織的成分——細(xì)胞外基質(zhì)，由膠原蛋白（10～15%）、糖胺聚糖（3～6%）和水（70～80%）組成。結(jié)締組織擁有出色的力學(xué)特性，質(zhì)地堅(jiān)韌。他們模仿結(jié)締組織的成分和比例來(lái)配比出膠水，所選擇的GelMA（甲基丙烯酸酯明膠）與HA-NB（糖胺聚糖透明質(zhì)酸，對(duì)光敏感）的比例，與人類(lèi)結(jié)締組織中膠原蛋白與糖胺聚糖的比例類(lèi)似。

這么做一方面提高了膠水與生物組織的相容性，另一方面使水凝膠獲得較強(qiáng)的韌性，能承受住高的血壓而不被沖破，并適應(yīng)心臟持續(xù)跳動(dòng)不發(fā)生拉扯和斷裂。

形成的水凝膠是多孔的，孔徑呈納米級(jí)。這種致密的多孔材料可以吸收傷口滲出物，并在很大程度上阻止紅細(xì)胞和血小板逃逸，同時(shí)保持適當(dāng)?shù)臐駶?rùn)環(huán)境以促進(jìn)傷口有效愈合。

膠水可在體內(nèi)降解

研究人員在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)（豬模型）中對(duì)這種新型仿生膠水進(jìn)行了測(cè)試。從手術(shù)操作視頻可見(jiàn)，豬的心室被6毫米內(nèi)徑的針刺穿，導(dǎo)致劇烈出血。研究人員朝創(chuàng)口快速注射水凝膠，并照射紫外線。隨后，創(chuàng)口在10秒內(nèi)就完全停止了出血，整個(gè)止血過(guò)程耗時(shí)不到30秒。通過(guò)類(lèi)似操作，研究人員又在20秒內(nèi)封閉了豬頸動(dòng)脈上直徑4～5毫米的切口，無(wú)需再縫合。研究人員指出，正常人的血壓范圍在60～140毫米汞柱，而這種水凝膠可以承受高達(dá)290毫米汞柱的血壓。

實(shí)驗(yàn)顯示，水凝膠在使用7天后植入物殘留比例為77%～88%，14天后降至52.9%～66.3%，28天后殘留18.8%～32.2%，56天后僅剩15%～25%。這表明水凝膠逐漸生物降解，具有良好的生物相容性。

合格的醫(yī)用膠水不應(yīng)損害傷口的愈合能力，不得有毒或引起劇烈炎癥反應(yīng)。病理學(xué)染色顯示，應(yīng)用浙江大學(xué)和華東理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的水凝膠后，只出現(xiàn)了短暫的炎癥反應(yīng)。而在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，纖維蛋白膠處理組中觀察到更嚴(yán)重的術(shù)后炎癥，氰基丙烯酸酯處理組甚至觀察到一些細(xì)胞壞死。這表明，浙江大學(xué)和華東理工大學(xué)的水凝膠具有更小的細(xì)胞毒性。

所有經(jīng)水凝膠處理的豬在手術(shù)中存活下來(lái)，再飼養(yǎng)2周后，水凝膠仍粘附在創(chuàng)口部位，且在血管中未觀察到血栓，傷口通過(guò)新生血管組織連接，表明開(kāi)始愈合。該實(shí)驗(yàn)生動(dòng)地證明了這種水凝膠具有手術(shù)所需的快速止血能力，并且可在術(shù)后愈合過(guò)程中保護(hù)主要傷口。

研究人員表示，這些研究只是安全測(cè)試的初級(jí)步驟。他們正在深入評(píng)估水凝膠對(duì)于臨床應(yīng)用的安全性。

蝸牛讓法國(guó)科學(xué)家找到靈感

除了我國(guó)研究人員的成果，其他國(guó)家也在進(jìn)行相似研究。法國(guó)巴黎生物制藥公司Gecko的研究主管瑪利亞·佩雷拉數(shù)年前就在該領(lǐng)域辛勤耕耘。

佩雷拉的老師、生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)家卡普一直在為先天性心臟缺損患者尋找更好的縫合辦法。在美國(guó)，1%的新生兒有先天性心臟缺陷。隨著孩子長(zhǎng)大，要進(jìn)行多次手術(shù)，替換不可降解的植入物，而多次縫合對(duì)孩子的心臟都是傷害。于是他設(shè)立了個(gè)醫(yī)用膠水課題，希望改變縫合方式，由佩雷拉主要負(fù)責(zé)。

佩雷拉在卡普的指導(dǎo)下從自然界中尋求解決方案。她發(fā)現(xiàn)下雨時(shí)蝸牛依然不會(huì)從葉子上滑下來(lái)，而它們留下的痕跡不會(huì)被雨水沖刷掉。她想弄清楚那些分泌物是什么，可否通過(guò)仿生學(xué)應(yīng)用到醫(yī)用膠水上。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，佩雷拉于2012年研發(fā)出了“HLAA疏水性光活化粘合劑”，可粘合器官，能生物降解且不溶于血液和水。她還開(kāi)發(fā)了一種LED光筆，其光線可誘導(dǎo)膠水產(chǎn)生粘合作用。

佩雷拉在美國(guó)波士頓兒童醫(yī)院進(jìn)行活體動(dòng)物演示：在活的大鼠心臟上開(kāi)一個(gè)洞，然后把醫(yī)用膠水涂在孔洞處，用LED光筆誘導(dǎo)膠水粘合，成功將活體大鼠心臟的孔洞完全補(bǔ)好了。6個(gè)月后再次檢查這只大鼠，一切生長(zhǎng)良好，其心臟創(chuàng)口的膠水隨著孔洞的不斷愈合而降解。2016年，佩雷拉還在36名接受血管重建手術(shù)（患者的血管被切開(kāi)進(jìn)行清理或擴(kuò)展以便血液更好地流動(dòng)）的患者身上測(cè)試這種膠水。結(jié)果顯示，這種膠水的止血速度很快，患者在術(shù)后3個(gè)月并無(wú)不良反應(yīng)。

MeTro膠：拉不斷 扯不爛

2017年，澳洲悉尼大學(xué)、美國(guó)東北大學(xué)和哈佛醫(yī)學(xué)院合作研究，推出了相似的醫(yī)用膠水“MeTro”。它是一種雙層水凝膠，是基于彈性蛋白（存在于動(dòng)脈、皮膚、肺部等彈性組織中）的一種密封劑。據(jù)稱(chēng)，這種膠不僅適用于外部皮膚破損，還適用于持續(xù)跳動(dòng)、表面變化較大的心肺等臟器的傷口。

該研究論文的第一作者、加拿大麥吉爾大學(xué)的李建宇（音譯）博士，在思考如何提高醫(yī)用膠水的性能時(shí)，從一個(gè)不太可能的地方找到靈感：歐美廣泛分布的蛞蝓屬動(dòng)物（一種小毛蟲(chóng)），受到威脅時(shí)會(huì)分泌一種特殊的粘液，將其粘在原位，讓捕食者很難從固定住的表面把它撕下來(lái)?？茖W(xué)家們之前已確定這種粘液由一種堅(jiān)韌的、布滿(mǎn)正電荷蛋白的基質(zhì)組成。這啟發(fā)了李建宇及其同事創(chuàng)造出MeTro，由藻酸鹽-聚丙烯酰胺基質(zhì)組成粘合劑層，粘合劑層表面有帶正電荷的聚合物。把MeTro涂在內(nèi)臟傷口上，帶正電荷的聚合物通過(guò)對(duì)帶負(fù)電荷的細(xì)胞表面產(chǎn)生靜電吸引作用和物理滲透等作用，粘附在生物組織上。

MeTro含有光敏分子，將它涂抹在傷口上，再輔以紫外線照射，短時(shí)間內(nèi)，膠水就會(huì)固化成凝膠，把傷口粘住。根據(jù)當(dāng)時(shí)的研究進(jìn)度，只要紫外線光強(qiáng)度足夠，粘合傷口只需60秒。研究者表示，這款膠水能直接涂在受損的內(nèi)臟上，不會(huì)對(duì)器官造成損害，也不會(huì)產(chǎn)生排異反應(yīng)。即使在復(fù)雜、不規(guī)則的器官表面，MeTro的粘合效果依舊不打折。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，破壞MeTro的粘合性所需要的能量，是其他醫(yī)用膠水的3倍多。

研究人員在各種干濕豬組織（包括皮膚、軟骨、心臟、動(dòng)脈和活體）上測(cè)試了MeTro。經(jīng)機(jī)械膨脹和收縮，然后進(jìn)行數(shù)萬(wàn)次循環(huán)拉伸，MeTro仍保持其穩(wěn)定性和粘合性。此外，當(dāng)用于治療小鼠肝臟出血時(shí)，它不會(huì)對(duì)肝臟周?chē)M織造成損傷或粘連。

研究人員表示：“我們用可生物降解的材料制造MeTro，它們達(dá)到目的后就會(huì)分解，甚至可以將這項(xiàng)技術(shù)與軟體機(jī)器人技術(shù)或藥物輸送技術(shù)相結(jié)合?！?/p>

有了這些新型醫(yī)用膠水，我們可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)的醫(yī)院里，開(kāi)刀后不用縫針，用醫(yī)用膠水往創(chuàng)口上一抹，經(jīng)紫外線一照，就能快速止血、閉合傷口，同時(shí)膠水隨傷口不斷愈合而自然降解，那是一幅多么令手術(shù)患者欣慰的情景啊。