用于组织的双面胶带可以代替手术缝合线

受到蜘蛛用来捕获猎物的粘性物质的启发，麻省理工学院的工程师设计了一种双面胶带，可以将组织迅速密封在一起。

在对大鼠和猪组织的测试中，研究人员表明，他们的新胶带可以在短短五秒钟之内牢固地粘合肺和肠等组织。他们希望这种胶带最终可以代替手术缝合线使用，因为缝合线并不是在所有组织中都能正常工作，并且会在某些患者中引起并发症。

“每年全世界有超过2.3亿例大型外科手术，其中许多需要缝合以闭合伤口，这实际上会在组织上造成压力，并可能导致感染，疼痛和疤痕。麻省理工学院机械工程，土木与环境工程副教授，该研究的高级作者赵选河说：“我们提出了一种根本上不同的组织密封方法。”

研究人员表明，这种双面胶带还可以用于将可植入医疗设备连接到包括心脏在内的组织。此外，它的作用比组织胶快得多，后者通常需要几分钟才能牢固粘合，并可能滴到身体的其他部位。

研究生Hyunwoo Yuk和Claudia Varela是这项研究的主要作者，该研究今天在《自然》杂志上发表。其他作者包括麻省理工学院研究生毛新宇，麻省理工学院机械工程系助理教授艾伦·罗奇，梅奥诊所重症监护医师克里斯托夫·纳布兹迪克，以及百翰妇女医院的病理学家罗伯特·帕德拉。

密封严密

在组织之间形成紧密的密封被认为是非常困难的，因为组织表面上的水会干扰粘附。现有的组织胶可以通过两个组织表面之间的水扩散粘合剂分子，从而将它们粘合在一起，但是此过程可能需要几分钟甚至更长的时间。

麻省理工学院的团队希望提出一些可以更快工作的方法。Zhao的小组以前已经开发了其他新颖的粘合剂，包括一种水凝胶超级胶，该胶的粘合性比自然界中存在的粘性材料（例如贻贝和藤壶用来粘在船和岩石上的粘性材料）更坚硬。

为了创建可以将两个潮湿的表面快速结合在一起的双面胶带，该团队从自然界中汲取了灵感-特别是蜘蛛在潮湿条件下用来捕获猎物的粘性材料。这种蜘蛛胶包括带电荷的多糖，可以几乎立即从昆虫的表面吸收水分，清除掉胶可以粘附的小的干燥斑块。

为了用工程粘合剂模仿这一点，研究人员设计了一种材料，该材料首先从湿纸巾中吸收水，然后将两个纸巾迅速粘合在一起。为了吸水，他们使用了聚丙烯酸，一种用于尿布的非常吸收性的材料。粘贴胶带后，它会吸水，从而使聚丙烯酸能够迅速与两个组织形成弱的氢键。

这些氢键和其他弱相互作用暂时将胶带和组织固定在适当的位置，而被称为NHS酯的化学基团（研究人员嵌入聚丙烯酸中）与组织中的蛋白质形成强得多的键，称为共价键。这大约需要五秒钟。

为了使胶带坚韧到可以在体内持久，研究人员加入了明胶或壳聚糖（一种在昆虫壳中发现的硬多糖）。这些聚合物可以使粘合剂长时间保持其形状。根据磁带的用途，研究人员可以通过改变进入磁带的成分来控制磁带在体内分解的速度。明胶往往会在几天或几周内在人体中分解，而壳聚糖则可以持续更长的时间（一个月甚至长达一年）。

“结合了两个创新概念，研究团队成功地快速有效地粘附在组织的湿和软表面上，并在几天内保持良好的粘附力和机械性能，而不会引起过多的炎症反应，” Cosstinino Creton说。没有参与研究的ESPCI Paris的主管。

快速康复

Yuk说，这种胶粘剂可能会对外科医生密封切口和愈合伤口的能力产生重大影响。为了探索这种新型双面胶带的可能应用，研究人员在几种不同类型的猪组织（包括皮肤，小肠，胃和肝脏）中对其进行了测试。他们还对猪肺和气管进行了测试，表明它们可以迅速修复对这些器官的损害。

Yuk说：“缝合柔软或易碎的组织（例如肺和气管）非常困难，但是使用我们的双面胶带，我们可以在五秒钟之内轻松密封它们。”

该胶带还可以很好地密封胃肠道的损伤，这对于预防有时在手术后发生的渗漏可能非常有用。这种泄漏可能导致败血症和其他潜在的致命并发症。

“我预计这种优雅的方法在各种临床实践以及基础工程应用中具有巨大的转化潜力，尤其是在诸如缝合等外科手术操作不简单的情况下，”医学助理教授张瑜（Yu Shrike Zhang）说。哈佛医学院，谁没有参与这项研究。

MIT团队正在探索将医疗设备植入体内的另一种应用。与罗氏实验室合作，研究人员表明，该胶带可用于将一个小的聚氨酯贴片牢固地附着在活着的老鼠的心脏上，其大小相当于缩略图的大小。通常，这种过程非常复杂，需要有经验的外科医生来执行，但是研究团队能够通过按压几秒钟而简单地用胶带将补丁粘贴在其上，然后将其放置在原地几天。

除了聚氨酯心脏贴片，研究人员还发现，这种胶带可以成功地将诸如硅橡胶，钛和水凝胶之类的材料粘附到组织上。

Yuk说：“这提供了一种引入植入式监护仪或药物输送装置的更优雅，更直接，更通用的方法，因为我们可以粘附到许多不同的部位，而不会因穿刺组织而附着在装置上而造成损害或继发性并发症。” 。

研究人员现在正在与医生合作，以确定这种胶粘剂的其他用途，并在动物模型中进行更多测试。

该研究由美国国家科学基金会和海军研究办公室资助。麻省理工学院Deshpande技术创新中心正在支持这项工作的商业化。