起底快速止血神奇胶水背后的“黑科技”

华东理工大学朱教授的团队与浙江大学医学院欧阳宏伟教授的研究团队合作，开发出一种仿生水凝胶材料，可在几秒钟内完全阻断大动脉损伤和心脏穿透伤引起的大出血。相关研究论文最近在《自然通讯》在线发表，主题为“一种具有超强组织粘附性的水凝胶材料，用于动脉和心脏损伤的止血和修复”。

据报道，这一成果一经报道就引起了英国《每日邮报》、新闻科学家、生物技术、深度科技等媒体的广泛关注，称之为“一种神奇的胶水”，许多媒体也称之为“快速止血的黑色技术”。

这种被称为“水凝胶”的水凝胶材料的研发成功绝非偶然。它的背后是无数研究人员日以继夜的研究和努力。“魔胶”背后隐藏着什么样的“黑色技术”？也许最好的解释是华东理工大学朱教授课题组近年来在光交联生物材料领域取得的一系列研究进展。

自2007年进入华东理工大学组建课题组以来，朱一直带领团队致力于“光化学法构建生物医用材料”的研究，并形成了自己的特色。

早在十年前，朱就注意到光交联生物材料在口腔修复方面取得了颠覆性的成功，特别是便于临床操作，几乎完全取代了传统的银汞材料。他意识到，如果这种技术扩展到软组织应用，光交联的“易于使用”的特性必将为解决诸如伤口闭合、止血和修复等许多临床实际问题提供创新的手段。

事实上，在生物材料领域已经达成共识，仿生水凝胶材料最类似于生物软组织，是软组织修复的利器。然而，传统的*基介导的光交联固化机制无法避免*基引起的生物毒性、氧抑制导致的难以形成薄层等固有缺陷。形成的水凝胶要么“软而弱”，要么“硬而脆”，缺乏韧性，不能粘附在潮湿和动态的组织表面。这种情况导致学术界发表了大量关于光交联水凝胶生物材料的文章，但实际的临床转化和应用受到严重限制。

针对上述问题，2012年，以朱为首的青年教师林秋宁、鲍开始了光交联水凝胶生物材料创新建设和临床转化的艰难历程，取得了一系列科研成果。2014年，课题组率先在国际上提出了“光耦合反应”的非*基交联机制，实现了水凝胶的低毒性和可控构建，有效克服了传统光交联机制的*基毒性缺陷，被业界誉为“光交联水凝胶技术的新突破”。2015年，实现了“光耦合反应”交联的多步可控性。2017年，基于“光耦合反应”，控制了水凝胶支架中的细胞粘附、增殖和迁移。2018年，“光耦合反应”在多波长调控、大规模、深厚度水凝胶材料三维快速光交联成型中的应用进一步扩大。上述“光偶联反应”交联突破了传统*基机理的诸多障碍，成功实现了光交联水凝胶可控性和低毒性的有效结合。

为了进一步克服“软”和“光滑”水凝胶不能粘附和固定在潮湿和动态的组织表面的传统挑战，朱的团队提出开发能够与组织表面的氨基共价结合的“光偶联反应”，并建立了具有组织粘附和整合特性的光原位凝胶技术。这项技术一经发表，就被《全球医学发现》报道为“关键科学文章”(一篇重要的科学论文)。

基于这些技术优势，团队于2014年进一步与相关医疗单位合作，验证上述光原位凝胶技术在动物模型上的有效性。经验证，该水凝胶材料具有以下功能:第一，该水凝胶材料可作为创面止血封闭材料，其强度高、组织粘附性强、快速固化的特点可实现对大动物心脏穿透伤引起的大流量出血和动脉损伤的即时封闭；其次，它可以用作干细胞或其外体的原位凝胶支架。其组织粘附特性有助于修复软骨缺损，促进新软骨与旧软骨的整合。第三，它可以用作伤口修复促进材料，以促进自体富血小板血浆(PRP)的“光耦合反应”交联，而无需任何修饰条件，从而原位形成具有高组织粘附性的伤口修复促进凝胶。

基于上述“光耦合反应”原位凝胶技术的生物安全性、简单易用性、独特的组织粘附性和整合性等优势，朱的研究团队在原有技术的基础上，进一步与相关医疗单位和企业合作，实施“医用光敏生物凝胶”产品的临床改造，并在上述技术知识产权总体布局的基础上，先后完成了材料的中试生产、储存稳定性、动物模型的有效性和第三方安全认证(认证机构)。

“预计这种‘医用光敏生物粘合剂’产品将在不久的将来通过CFDA创新的医疗器械渠道，最终获得三种类型医疗器械注册证书的批准，这将大大突破目前‘纤维蛋白原’和‘氰基丙烯酸酯’医用粘合剂的应用瓶颈，如在潮湿组织表面不粘连和生物毒性。”朱教授说。

据了解，教授的课题组围绕“光耦合反应”原位凝胶技术，已申请了6项国内发明专利和3项国际专利。他在中国获得了1项发明专利，在美国获得了1项发明专利，在美国提交了2项专利，在欧洲提交了1项专利，在日本提交了1项专利。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-019-10004-7