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华人团队发明手术级强力胶带:快速外科止血,拯救成千上万生命

作者:admin 时间:2022-02-23 17:36

html模版华人团队发明手术级强力胶带:快速外科止血,拯救成千上万生命

钛媒体注:本文来自于微信公众号硅星人(ID:guixingren123),作者丨杜晨,编辑丨VickyXiao,利来国标ra来就送38,钛媒体经授权发布。

强力胶带 (duct tape),被工友们戏称为“一切问题的?解”。

在任何需要打包、粘合、密封的场景下:

强力胶带都可以完美胜任:

一片不够?那就再来一片……

在这种工业和修理的场景当中,强力胶带已经证明了自己不可或缺的地位。然而,一群来自麻省理工学院 (MIT) 的学生和教授,一直在思考一个问题:

有没有可能,发明出一种用于医疗救护的强力胶带?

有人可能要说了:创可贴不行吗?

其实创可贴只是一小块附着在粘性塑胶上的纱布,本身止血能力很有限,只是对伤口形成一定程度的抗菌保护,略微加速创口愈合。

图片来源:Rama

此外创可贴只能针对小伤口。太长的伤口,则必须要用到手术缝线来进行缝合。

图片来源:Omnia Health

而这支 MIT 团队构思的,比创可贴要厉害得多,而且还要能够替代手术缝线。

他们想要实现的效果,就像下图这样,胶带直接拍上去,就能够快速止血,实现缝合:

经过多年研究,他们终于做到了。

“究极创可贴”,完美替代缝线

近日,《科学转化医学》期刊刊登了来自 MIT 赵选贺教授团队的论文《市售生物黏附补片用于胃肠道缺损的无缝修复》(An off-the-shelf bioadhesive patch for sutureless repair of gastrointestinal defects)。

该论文描述了一种全新的胶带式生物粘合材料,对于胃肠道以及其它内脏破损的修复效果较好。团队已经在小鼠等活体动物上进行了测试,结果非常令人满意,可以完全替代缝线,实现伤口无线缝合。

并且,这种胶带也可以扩大尺寸,用于大型动物,甚至人类的器官外科创伤修复。

看起来真的跟透明胶差不多:

胶带分为两层:上层为可生物降解的亲水性聚氨酯(PU),用于避免和周围组织粘合;下层为聚丙烯酸 (PAA) 生物粘合剂——PAA 材料其实大家应该不陌生,它过去经常被用在尿布上。尿不湿能够粘在宝宝屁屁上,而且还能保证“不湿”,就是因为 PAA 的粘性和吸水性……

然而,将此类材料做成胶带的形式,用于外科伤口的快速缝合,这还真是第一次……

在过去,伤口缝合需要消毒和擦干,皮肤表面的水分会严重影响伤口处理产品的效用。因而在过去,湿润的伤口只能用线来缝合。

然而,有线缝合并不是完美的:穿线的缝针会造成二次伤害,缝合后的创口也无法保证完全的气密和水密性。

而 MIT 研发的这款粘合片 (下图中的 GI patch),操作方式非常简单,就像强力胶带一样,贴上去就行,弹性也很好,使用过程中和使用之后,都不会对伤口造成二次伤害,还能保证气密和水密性。

“强力胶带”(红色)和其它市售生物组织粘合剂的韧性、气密性比较    图片来源:MIT

更重要的是,这款胶带可以在未擦干的伤口上直接使用,在几秒钟的时间里就能立刻粘合;在缝合操作完成后的几小时到几周内,粘合力仍然能够保持。

这种抗水能力,是市面大多数医用粘合剂和伤口处理产品难以企及的。

研究团队成员之一陆贤宇 (Hyunwoo Yuk) 表示,“我们认为这种手术胶带是很好的基础技术,有望被制成一种真正的,可以买到的产品,”

“外科医生可以像他们在非外科领域使用胶带一样使用它。使用也不需要任何的准备或实现步骤,只要拿出来,打开,就可以立即使用。”

华人团队潜心多年,研究生物材料

毫无疑问,这项技术具有极大的人道主义意义,和广阔的商业前景。但值得一提的是,它的背后,是一批华人科学家多年潜心研究的心血。

这项研究的第一作者为华裔研究员吴晶晶。她是安徽安庆人,华中科技大学硕博连读,师从杨祥良和万影教授这两位纳米技术方面的专家,主要研究方向为温敏水凝胶应用于骨头和软骨的缺损修复。她在华科期间发表5篇 SCI 论文,还曾获得德国艾朗根-纽伦堡大学博卡契尼实验室的联合培养。

吴晶晶后来加入了 MIT 机械工程系,目前在赵选贺课题组担任博士后研究员,研究方向为生物黏附材料应用于软组织的缺损修复方向,在合成材料应用于外科损伤修复方面进行了更为深入的研究。

而吴晶晶在 MIT 所在课题组的负责人赵选贺,更是一位软性材料方面的世界级专家。

赵选贺2003年毕业于天津大学,前往北美深造,先后于06年和08年在卑诗大学和哈佛大学完成硕士进修,于09年在哈佛机械工程学院获得了博士学位。他后来于2014年加入 MIT 机械工程系担任副教授。

目前,赵选贺已经升任教授和 George Hatsopoulos 学者,还在 MIT 创办了自己的课题组,从事软性材料,特别是生物粘合剂、用于机器人的仿真皮肤等方向的研究。

2016年,赵选贺团队在《自然-通信》期刊发表文章,展示了一种能够有效防止水凝胶脱水,使其保持湿润、灵活和弹性的复合材料。

该技术属于合成皮肤领域的关键底层创新,短期有望应用于药物传输绷带、隐形眼镜等可穿戴医疗设备,长期来看对于机器人有很大意义,能够开发出具有生物功能和特征的机器人软性皮肤。

与此同时,医疗也是赵选贺一直关注的重要领域。

实际上今天我们看到的这款手术级强力胶带,其最初版本发布于2019年10月。当时,赵选贺团队将生物粘合剂做成了双面胶,形状大小更接近创可贴。在实验中,这种双面胶创可贴能够在几秒钟内对生物组织实现粘合,可以用于伤口快速缝合。

2019年的双面胶版本    图片来源:MIT

双面胶能够将两片软组织快速粘合   图片来源:MIT

不过,赵选贺团队后来和外科临床专家进行了很多交流,得到了一个重要的反馈:在外科临床领域并没有特别多的粘合两片软组织的需要。

反倒是有很多医生和护士表示,对于他们来说,对内脏破损的快速缝合修复一直是个难题。比如,胃部和肠道的破损需要用缝线来进行缝合,事后容易引发感染和疤痕,甚至可能因为断线而出现漏洞,造成严重的二次损伤。

“不妨把这个技术,做成内脏破损的‘创可贴’?”有人建议。

团队重新投入了研究,对2019年版本的双面胶进行调整,将粘合剂配方中的明胶、甲壳素换成了聚乙烯醇。新的配方能够保证粘合剂稳定性可以维持超过一个月,并且成品胶带的韧性等各项特征,最大程度接近人体的内脏本身。

这样的“内脏创可贴”,既不会太软容易破损,也不会太硬,限制了内脏活动,降低修复效果。

在2020年,赵选贺已经和几位课题组成员共同创办了一家创业公司,以求继续这一技术的进步,并且加快商业化的进程。

该公司名为 SanaHeal,投资方包括 MIT Deshpande 科技创新中心、MIT VMS(风投辅导加速器)、日本知名医疗器械集团旭化成 (Asahi Kasei) 旗下的卓尔公司等。

未来,SanaHeal 计划申请美国食药监局(FDA)批准,将该技术正式投入到临床测试中。

赵选贺表示,“我们所研究的,正是在身体内部这一极具挑战环境里的黏附这一基本力学问题。全世界每年缝合胃肠道缺陷的手术数以百万计,而缝合泄漏率在高风险病人中高达20%。我们的胶带有望解决这个问题,拯救成千上万的生命。”

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