以蜘蛛絲為靈感,MIT 開發手術用雙面膠可取代縫合線

作者 | 發布日期 2019 年 11 月 05 日 16:30 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly


受蜘蛛捕捉獵物的黏性物質啟發,麻省理工(MIT)工程師設計了一種雙面膠可以迅速將傷口密封,在動物組織測試中已證實密封效果,由於手術縫合線並非能在所有組織中很好工作,在某些患者身上甚至可能引起併發症,團隊希望最終這種膠帶可以代替縫合線在手術中使用。

在刊載於《自然》期刊的最新研究中,研究人員詳細描述了新型膠帶的原理及作用方式,資深作者、MIT 機械工程、土木與環境工程副教授 Xuanhe Zhao 指出,全球每年有超過 2.3 億例大型外科手術,其中許多都需要縫合來關閉傷口,但縫合實際上會在組織上造成壓力,並可能導致感染、疼痛和疤痕。

「我們提出了一種根本上不同的組織密封方法。」

因為組織表面的水會干擾黏附,緊密密封兩側組織被認為是非常困難的,現有的組織膠會透過水將黏合劑分子擴散,將兩個組織表面黏合在一起,但過程往往得花上好幾分鐘甚至更長時間。

為了創造可以將兩個潮濕的表面快速黏合的雙面膠,團隊參考了蜘蛛在潮濕條件下捕捉獵物的黏性物質,這種「蜘蛛膠」含有帶電荷的多醣,幾乎可以瞬間吸收昆蟲表面水分,創造出膠可以黏附的乾燥區域。

研究人員希望使用工程黏合劑模仿這點,基於此,他們使用了尿布中常見的聚丙烯酸(polyacrylic acid),膠帶黏貼後吸收水分,使聚丙烯酸迅速與兩個組織形成弱氫鍵,將膠帶和組織暫時固定在適當的位置,接著研究人員嵌入聚丙烯酸中的 NHS 酯(NHS esters)便能與組織中的蛋白形成更強的共價鍵。

團隊也會按需求加入明膠或殼聚糖(chitosan),讓黏合劑能夠長時間保持形狀,堅韌到足以在人體內使用,同時也能控制其在體內分解的速度。

在結合兩個創新理念後,團隊成功打造出能夠快速黏附組織的雙面膠,即使是在濕軟表面上也能保持良好的黏附力和機械性質數天,而不會引起過多的炎症反應。

為了探索這種新型雙面膠的可能應用,研究人員在幾種不同類型的豬組織(皮膚、小腸、胃和肝臟)中都進行了測試,證實確實能夠迅速修復器官損害,甚至在脆弱的肺和氣管上的測試也是相同。

縫合柔軟、易碎組織非常困難,但透過新型雙面膠帶,醫生將可以在 5 秒鐘內輕鬆密封它們,這對外科醫生關閉、癒合傷口的能力產生重大影響。

膠帶同樣也可以用來密封對胃腸道的損傷,這對於預防手術後的滲漏非常有用,這種洩漏可能導致敗血症和其他潛在的致命併發症。

除了關閉傷口,膠帶也可用來協助植入式醫療器械安裝於組織上。團隊正在與羅氏實驗室合作,探索雙面膠帶潛在的應用,其中包含將聚氨酯貼片牢固黏在活老鼠心臟上,通常這種過程非常複雜,需要有經驗的外科醫生執行,但是在這項實驗中,團隊只需用膠帶將貼片黏上去並按壓數秒,就能簡單將其放置幾天。

除了聚氨酯心臟貼片,研究人員發現這種膠帶也能夠將矽橡膠、鈦和水凝膠之類的材料黏附到組織上,在不需穿刺組織就能固定裝置下,為裝置植入提供一種更優雅、更直接、更通用的方式。

(首圖來源:MIT