MIT 團隊發明手術級強力膠帶:外科用快速止血,拯救成千上萬生命

作者 | 發布日期 2022 年 02 月 15 日 8:15 | 分類 材料、設備 , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


強力膠帶(duct tape)被戲稱為「一切問題的卍解」,任何需要打包、黏合、密封的地方,強力膠帶都完美勝任:一片不夠?那就再來一片!

在工業和修理場景,強力膠帶已證明不可或缺的地位。然而一群麻省理工學院(MIT)學生和教授一直在思考一個問題:

有沒有可能發明醫療用強力膠帶?

有人可能要問:OK 繃不行嗎?但 OK 繃只是一小塊附著黏性塑膠的紗布,本身止血能力很有限,只對傷口有一定程度抗菌保護,略加速小傷口癒合。此外,OK 繃只能針對小傷口,太長太深的傷口就必須要手術縫合。

MIT 團隊想的比 OK 繃要厲害,且要能取代手術縫合。他們想要的效果就像這有名到變成迷因的廣告,膠帶直接拍上去就能止血兼縫合:

經過多年研究,他們做到了。

究極 OK 繃,完美取代縫合

近日《科學轉化醫學》期刊刊登 MIT 趙選賀教授團隊論文《市售生物黏附補片用於胃腸道缺損的無縫修復》(An off-the-shelf bioadhesive patch for sutureless repair of gastrointestinal defects),說明全新膠帶式生物黏合材料,對胃腸道及其他內臟破損的修復效果頗佳。團隊已用小鼠等活體動物測試,結果非常令人滿意,可完全取代縫合,讓傷口無線癒合。且膠帶可大可小,用於大型動物甚至人類器官外科創傷修復。

看起來真的跟透明膠差不多:

(Source:論文,下同

膠帶分為兩層:上層為可生物降解的親水性聚氨酯(PU),避免和周圍組織沾黏;下層為聚丙烯酸(PAA)生物黏合劑。PAA 材料大家應不陌生,常用在尿布。 尿布能黏在寶寶屁股上還保證「不濕」,就是因 PAA 的黏性和吸水性。

然而此類材料做成膠帶用於外科傷口快速縫合,這真是第一次。

以前傷口縫合需消毒擦乾,皮膚表面水分會嚴重影響傷口產品效用。濕傷口只能用線縫合。然而有線縫合並不完美:穿線縫針會造成二次傷害,縫合後傷口也無法完全氣密和水密。

MIT 研發的黏合片(下圖 GI patch)使用方式非常簡單,就像強力膠帶,貼上去就行,彈性也很好,使用中和使用後都不會對傷口造成二次傷害,還能保證氣密和水密性。

▲ 強力膠帶(紅色)和其他市售生物組織黏合劑韌性、氣密性比較。

更重要的是,這款膠帶可用在未擦乾的傷口,幾秒鐘就能黏合。縫合完後幾小時到幾週,黏性都能保持。這種抗水能力,是市面多數醫用黏合劑和傷口處理產品都難達成。影片展示這款手術級強力膠帶有多神奇。實驗者在傷口表面和附近噴灑大量鹽水,也未對膠帶黏合力和氣密性有影響。

團隊成員之一陸賢宇(Hyunwoo Yuk)表示:「我們認為這種手術膠帶是很好的基礎技術,有望量產為真正可買到的產品,外科醫生可像非外科領域使用膠帶使用它。用之前也不需任何準備步驟,只要拿出來,打開,就能立即使用。」

團隊潛心研究生物材料多年

毫無疑問,這項技術有極高人道主義意義和廣闊的商業前景。研究第一作者為中國研究員吳晶晶,主要研究方向為溫敏水凝膠應用於骨頭和軟骨的缺損修復。她在華科期間發表 5 篇 SCI 論文,曾獲德國艾朗根─紐倫堡大學博卡契尼實驗室聯合培育。

吳晶晶後來加入 MIT 機械工程系,目前在趙選賀課題組擔任博士後研究員,研究方向為生物黏附材料應用於軟組織的缺損修復,合成材料應用外科損傷修復深入研究。吳晶晶的 MIT 課題組負責人趙選賀是軟性材料的世界級專家。

趙選賀 2003 年畢業於天津大學,後於北美深造,2006、2008年在卑詩大學和哈佛大學完成碩士進修,2009年取得哈佛機械工程學院博士學位。2014 年加入 MIT 機械工程系擔任副教授。趙選賀升任教授和 George Hatsopoulos 學者,還在 MIT 創辦課題組,從事軟性材料特別生物黏合劑、機器人模擬皮膚等研究。

(Source:MIT News

2016 年趙選賀團隊於《自然─通訊》發表文章,展示有效防止水凝膠脫水,使其保持濕潤、靈活和彈性的複合材料。此技術屬於合成皮膚領域的關鍵底層創新,短期有望應用於輸送藥物繃帶、隱形眼鏡等可穿戴醫療設備,長期來看對機器人有很大意義,能開發有生物功能和特徵的機器人軟性皮膚。同時醫療也是趙選賀一直關注的領域。

手術級強力膠帶最初版發表於2019年10月。當時趙選賀團隊將生物黏合劑做成雙面膠,形狀大小更接近 OK 繃。實驗時雙面膠 OK 繃能幾秒鐘內黏合生物組織,快速縫合傷口。

▲ 2019 年雙面膠版。(Source:MIT News,下同)

▲ 雙面膠能快速黏合兩片軟組織。

不過趙選賀團隊後來和外科臨床專家多次交流,得到重要回饋:外科臨床領域並沒有特別多黏合軟組織需要,反倒很多醫生和護理師表示,內臟破損如何快速縫合修復一直是個難題,如胃部和腸道破損需縫合,事後易引發感染和留下疤痕,甚至可能斷線造成漏洞,嚴重的二次損傷。

「是否可把這技術做成內臟用 OK 繃?」有人建議。

團隊重新研究,調整2019年版雙面膠,將配方中明膠、甲殼素換成聚乙烯醇。新配方確保黏合劑穩定性維持超過一個月,且成品膠帶韌性等各項特徵,最大程度接近內臟。內臟 OK 繃既不會太軟容易破損,也不會太硬,限制內臟活動,降低修復效果。

2020年趙選賀和幾位課題組成員共同創立公司 SanaHeal,追求技術進步,且加快商業化進步。投資方包括 MIT Deshpande 科技創新中心、MIT VMS(風投輔導加速器)、日本知名醫療器械集團旭化成(Asahi Kasei)旗下卓爾公司等。未來 SanaHeal 計劃申請美國 FDA 批准,正式進入人體臨床實驗。

趙選賀表示:「我們研究的,正是身體內部極具挑戰環境的基本力學問題:黏附。 全世界每年縫合胃腸道手術數以百萬計,縫合洩漏率在高風險病人高達20%。我們的膠帶有望解決這問題,拯救成千上萬生命。」

(本文由 品玩 授權轉載;首圖來源:MIT News

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