抹點(diǎn)兒膠水就能止血療傷？這仿生材料也太神奇了……

出品：科普中國

作者：楊文

監(jiān)制：中國科普博覽

不知道大家是否記得小學(xué)課本上一篇叫作《萬能膠水發(fā)明記》的課文，故事的主人公聰聰暢想，發(fā)明一種萬能膠水，可以立刻粘住流血的傷口，即使腿和胳膊摔斷了，用這種“萬能膠水”粘一粘就可以重新恢復(fù)。

我們?cè)谌粘Ｉ钪幸惨娺^很多膠水，比如502膠水、瞬間膠和玻璃膠等，雖然這些膠水可以快速堅(jiān)韌地粘合破碎的玻璃等物品，但是這些膠水由于在有水的界面上（如人體血液、體液）會(huì)失去粘附能力或者粘附能力很低，且有毒，因此無法被應(yīng)用在人體上。

那么，適用于人體的“萬能膠水”究竟存不存在呢？

什么樣的“膠水”，才能拿來做醫(yī)用組織粘合劑？

理想的醫(yī)用組織粘合劑應(yīng)滿足一些原則:

1.具有與組織或器官濕界面的高粘附強(qiáng)度，以防止粘附傷口之后脫落；

2.對(duì)人體無毒無害，即生物相容性好；

3.可以有效地止血，因?yàn)榇蠖鄶?shù)傷口伴隨著流血的發(fā)生；

4.適當(dāng)?shù)臋C(jī)械和物理性能，例如具有適宜的拉伸、剪切和破裂強(qiáng)度，以適應(yīng)粘附之后周圍組織的擠壓；

5.能應(yīng)對(duì)復(fù)雜或不規(guī)則傷口的輪廓和尺寸。

現(xiàn)有的臨床組織粘合劑存在很多不足，包括針對(duì)出血和體液環(huán)境場(chǎng)景中受損組織表面潮濕，導(dǎo)致粘合劑在潮濕組織表面的附著力弱、密封效果差、止血效果不理想、存在細(xì)胞毒性、促進(jìn)傷口愈合速度慢等問題。開發(fā)滿足臨床應(yīng)用要求、實(shí)現(xiàn)損傷組織快速止血、無縫密封和加速傷口愈合的一體化醫(yī)用組織粘合劑，仍是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

攻堅(jiān)克難，神奇生物來幫忙啦！

近期，中國科學(xué)院蘇州納米所戴建武/陳艷艷的研究團(tuán)隊(duì),受貽貝、常春藤和牡蠣分泌的天然粘合劑啟發(fā)，根據(jù)臨床需要開發(fā)了一種可用于緊急止血、傷口密封和加速傷口愈合的可注射強(qiáng)韌組織粘合劑。

這時(shí)的你可能會(huì)問了：這些生物我都見過，靠它們就能做出“萬能膠水”？

那我們不妨來看看，它們到底有什么“神奇”之處。

貽貝可以在水下附著在各種表面上，主要是因?yàn)樗鼈兡軌蚍置诘淖憬z蛋白上，含有大量多巴胺基團(tuán)和帶正電的氨基酸。帶正電的氨基酸能排斥界面水，大量的多巴胺基團(tuán)能與粘附物在界面發(fā)生物理和化學(xué)相互作用。

貽貝

（圖片來源：Veer圖庫）

常春藤可以在墻面上垂直生長(zhǎng)，原因在于其分泌的粘液含有大量阿拉伯半乳糖和球形糖蛋白，并且粘液可以穿透墻面，隨后在鈣離子的作用下快速固化，從而使常春藤牢固地粘附在墻面上。

常春藤

（圖片來源：Veer圖庫）

牡蠣可以制造出一種有機(jī)物和無機(jī)物復(fù)合的“膠水”，有機(jī)成分主要是蛋白質(zhì)，無機(jī)物的主要成分是碳酸鈣，膠水固化后像水泥一樣將牡蠣牢固地粘附在礁石上，這種現(xiàn)象也被稱為生物礦化。

牡蠣

（圖片來源：Veer圖庫）

結(jié)合實(shí)現(xiàn)強(qiáng)韌濕面粘附的關(guān)鍵要素，仿生這三種動(dòng)植物的黏附機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)模擬了濕面粘附的三個(gè)關(guān)鍵過程，即排水、分子鏈滲透和錨定交聯(lián)，首次設(shè)計(jì)合成了具有快速去除界面水、多種動(dòng)態(tài)可逆滲透交聯(lián)和生物礦化固化增強(qiáng)特點(diǎn)的膠原基醫(yī)用組織粘合劑。這種粘合劑具有濕面組織強(qiáng)粘附性、高密封性能、自愈快、可注射性、優(yōu)良的形狀適應(yīng)性和高生物相容性等特點(diǎn)，解決了現(xiàn)有商業(yè)粘合劑的問題。

瞧瞧，這三種看似平常無奇的生物卻在關(guān)鍵時(shí)刻派上了大用場(chǎng)！

不知仿生如何仿？科學(xué)家：無妨，我會(huì)出手！

膠原和淀粉是兩種天然來源的生物基高分子，已被藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)用于人體，在這項(xiàng)研究中，研究人員在膠原分子鏈上引入了多巴胺基團(tuán)來模擬貽貝分泌蛋白質(zhì)的粘附機(jī)制。

一方面，鈣離子與水凝膠網(wǎng)絡(luò)相互作用，另一方面，膠原和淀粉是生物礦化的良好復(fù)合模板，多巴胺基團(tuán)有助于加速生物礦化，模擬牡蠣粒子增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的形成，加固了粘合網(wǎng)絡(luò)，研究人員把這種合成的仿生膠水命名為CoSt。

另外，研究人員通過多項(xiàng)體內(nèi)體外結(jié)果證實(shí)，CoSt組織粘合劑具有高拉伸性能、適中的模量、自愈合性能和可注射性等特性，這些優(yōu)異的性能增強(qiáng)了CoSt組織粘合劑和周圍組織之間的連接。

CoSt組織粘合劑的合成（a）和粘附機(jī)理(b)示意圖

（圖片來源：作者）

研究人員還評(píng)估了CoSt組織粘合劑的止血能力，將CoSt組織粘合劑應(yīng)用于各種出血模型，包括大鼠尾部截肢、肝臟切口、嚴(yán)重肝臟缺損、腹主動(dòng)脈切口和全橫斷脊髓出血模型，以驗(yàn)證其在不同出血環(huán)境中的體內(nèi)止血性能。

結(jié)果顯示，無論是在重大肝缺損下的大劑量出血或者神經(jīng)橫斷的不可壓縮性出血，CoSt組織粘合劑均能在60秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速的止血。研究人員證實(shí)其原因主要在于CoSt組織粘合劑具有優(yōu)良的傷口密封性能、出色的紅細(xì)胞阻滯能力和激活止血屏障膜的協(xié)同功效。

此外，皮膚切口/缺損損傷動(dòng)物模型研究進(jìn)一步證實(shí)CoSt組織粘合劑可加速傷口愈合和功能恢復(fù)。使用CoSt組織粘合劑治療組的大鼠傷口幾乎沒有疤痕形成，新表皮和毛發(fā)的再生也分別得到改善。

該研究巧妙地結(jié)合了幾種海洋生物和植物的粘附機(jī)制，創(chuàng)新性地將這三種粘附機(jī)制用于開發(fā)出新型的組織粘合劑，針對(duì)緊急救治、不可壓縮組織創(chuàng)傷的止血等應(yīng)用場(chǎng)景，顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的醫(yī)用組織粘合劑。

小結(jié)

自然界存在著各種各樣的奇觀異景，自然永遠(yuǎn)是我們面前最寶貴的書籍，向大自然學(xué)習(xí)，研究者們將能開發(fā)出粘合能力更強(qiáng)、更智能和更多功能一體化的仿生膠水。

編輯：孫晨宇

參考文獻(xiàn):

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202211340