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MIT 团队发明手术级强力胶带:外科用快速止血,拯救成千上万生命

2024-05-02 243


强力胶带(duct tape)被戏称为“一切问题的卍解”,任何需要打包、黏合、密封的地方,强力胶带都完美胜任:一片不够?那就再来一片!

在工业和修理场景,强力胶带已证明不可或缺的地位。然而一群麻省理工学院(MIT)学生和教授一直在思考一个问题:

有没有可能发明医疗用强力胶带?

有人可能要问:OK 绷不行吗?但 OK 绷只是一小块附着黏性塑胶的纱布,本身止血能力很有限,只对伤口有一定程度抗菌保护,略加速小伤口愈合。此外,OK 绷只能针对小伤口,太长太深的伤口就必须要手术缝合。

MIT 团队想的比 OK 绷要厉害,且要能取代手术缝合。他们想要的效果就像这有名到变成迷因的广告,胶带直接拍上去就能止血兼缝合:

经过多年研究,他们做到了。

究极 OK 绷,完美取代缝合

近日《科学转化医学》期刊刊登 MIT 赵选贺教授团队论文《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),说明全新胶带式生物黏合材料,对胃肠道及其他内脏破损的修复效果颇佳。团队已用小鼠等活体动物测试,结果非常令人满意,可完全取代缝合,让伤口无线愈合。且胶带可大可小,用于大型动物甚至人类器官外科创伤修复。

看起来真的跟透明胶差不多:

(Source:论文,下同

胶带分为两层:上层为可生物降解的亲水性聚氨酯(PU),避免和周围组织沾黏;下层为聚丙烯酸(PAA)生物黏合剂。PAA 材料大家应不陌生,常用在尿布。 尿布能黏在宝宝屁股上还保证“不湿”,就是因 PAA 的黏性和吸水性。

然而此类材料做成胶带用于外科伤口快速缝合,这真是第一次。

以前伤口缝合需消毒擦干,皮肤表面水分会严重影响伤口产品效用。湿伤口只能用线缝合。然而有线缝合并不完美:穿线缝针会造成二次伤害,缝合后伤口也无法完全气密和水密。

MIT 研发的黏合片(下图 GI patch)使用方式非常简单,就像强力胶带,贴上去就行,弹性也很好,使用中和使用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)和其他市售生物组织黏合剂韧性、气密性比较。

更重要的是,这款胶带可用在未擦干的伤口,几秒钟就能黏合。缝合完后几小时到几周,黏性都能保持。这种抗水能力,是市面多数医用黏合剂和伤口处理产品都难达成。影片展示这款手术级强力胶带有多神奇。实验者在伤口表面和附近喷洒大量盐水,也未对胶带黏合力和气密性有影响。

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,有望量产为真正可买到的产品,外科医生可像非外科领域使用胶带使用它。用之前也不需任何准备步骤,只要拿出来,打开,就能立即使用。”

团队潜心研究生物材料多年

毫无疑问,这项技术有极高人道主义意义和广阔的商业前景。研究第一作者为中国研究员吴晶晶,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,曾获德国艾朗根─纽伦堡大学博卡契尼实验室联合培育。

吴晶晶后来加入 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,合成材料应用外科损伤修复深入研究。吴晶晶的 MIT 课题组负责人赵选贺是软性材料的世界级专家。

赵选贺 2003 年毕业于天津大学,后于北美深造,2006、2008年在卑诗大学和哈佛大学完成硕士进修,2009年取得哈佛机械工程学院博士学位。2014 年加入 MIT 机械工程系担任副教授。赵选贺升任教授和 George Hatsopoulos 学者,还在 MIT 创办课题组,从事软性材料特别生物黏合剂、机器人模拟皮肤等研究。

(Source:MIT News)

2016 年赵选贺团队于《自然─通讯》发表文章,展示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。此技术属于合成皮肤领域的关键底层创新,短期有望应用于输送药物绷带、隐形眼镜等可穿戴医疗设备,长期来看对机器人有很大意义,能开发有生物功能和特征的机器人软性皮肤。同时医疗也是赵选贺一直关注的领域。

手术级强力胶带最初版发表于2019年10月。当时赵选贺团队将生物黏合剂做成双面胶,形状大小更接近 OK 绷。实验时双面胶 OK 绷能几秒钟内黏合生物组织,快速缝合伤口。

▲ 2019 年双面胶版。(Source:MIT News,下同)

▲ 双面胶能快速黏合两片软组织。

不过赵选贺团队后来和外科临床专家多次交流,得到重要回馈:外科临床领域并没有特别多黏合软组织需要,反倒很多医生和护理师表示,内脏破损如何快速缝合修复一直是个难题,如胃部和肠道破损需缝合,事后易引发感染和留下疤痕,甚至可能断线造成漏洞,严重的二次损伤。

“是否可把这技术做成内脏用 OK 绷?”有人建议。

团队重新研究,调整2019年版双面胶,将配方中明胶、甲壳素换成聚乙烯醇。新配方确保黏合剂稳定性维持超过一个月,且成品胶带韧性等各项特征,最大程度接近内脏。内脏 OK 绷既不会太软容易破损,也不会太硬,限制内脏活动,降低修复效果。

2020年赵选贺和几位课题组成员共同创立公司 SanaHeal,追求技术进步,且加快商业化进步。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)旗下卓尔公司等。未来 SanaHeal 计划申请美国 FDA 批准,正式进入人体临床实验。

赵选贺表示:“我们研究的,正是身体内部极具挑战环境的基本力学问题:黏附。 全世界每年缝合胃肠道手术数以百万计,缝合泄漏率在高风险病人高达20%。我们的胶带有望解决这问题,拯救成千上万生命。”

(本文由 品玩 授权转载;首图来源:MIT News)

延伸阅读:

  • 以蜘蛛丝为灵感,MIT 开发手术用双面胶可取代缝合线
  • 麻省理工开发新型手术胶带,有如内脏器官专属“OK 绷”
2022-02-16 11:00:00

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