華科校友研發(fā)可降解“腸道創(chuàng)可貼”，能直接用于胃腸道缺損無縫修復，實驗豬28天后完全愈合

她叫吳晶晶，安徽安慶人，華中科技大學碩博連讀校友，目前是麻省理工學院（MIT）機械工程系趙選賀教授課題組的博士后。）

2 月 2 日，她以一作身份在 Science Translational Medicine 上發(fā)表了題為《生物黏附補片用于胃腸道缺損的無縫修復》（An off-the-shelf bioadhesive patch for sutureless repair of gastrointestinal defects）的封面論文[1]。

吳晶晶表示：“這種手術膠帶可被視為一種基礎技術，可以制成實用的產(chǎn)品。外科醫(yī)生能像日常生活中使用膠帶一樣使用它。對于胃、大腸、小腸等軟組織器官的缺損修復，它不需要任何事先準備步驟，不需要特殊儲存條件，直接使用，快速高效，未來有望取代手術縫合線！”

麻省理工學院（MIT）機械工程系教授趙選賀、陸賢宇科學家、和美國梅奧診所克里斯托夫 S. 納布茲迪克（Christoph S. Nabzdyk）博士擔任共同通訊作者。

全球每年有數(shù)百萬次修復胃腸道缺陷的手術，臨床上常用的修補手段是手術縫合，不僅耗時操作復雜，容易造成組織損傷，且易發(fā)生二次泄露，手術后患者的滲漏率高達 20%，造成各種嚴重的術后并發(fā)癥，包括感染、壞死甚至死亡。

針對這個臨床難題，吳晶晶和團隊研發(fā)出一款手術貼片可以快速密封胃腸器官的缺損，防止其泄露并修復，從而挽救無數(shù)病人的生命。

在 MIT 機械工程系趙選賀教授的帶領下，該實驗室此前研發(fā)出 5 秒之內(nèi)的快速雙面貼，及藤壺啟發(fā)的新型生物止血劑[2]。在此基礎上，此次發(fā)明了一種無縫修復快速手術貼片。

由于胃腸器官具有柔軟，組織表面濕潤且蠕動等特性，而在潮濕的生理環(huán)境中實現(xiàn)長期牢固的組織黏附是一項挑戰(zhàn)，因為水分子會破壞材料與生物組織界面間的黏合穩(wěn)定性，導致黏附強度大幅減弱，同時需要手術貼片具有與傷口愈合速度相匹配的降解速率。

此次研發(fā)的這款具有快速密封的手術貼片，可以吸收組織表面的水分，且長期牢固地粘附于缺損部位，達到對缺損器官的高效修復且促進傷口愈合，最終在體內(nèi)完全代謝
該工作的研究亮點在于，手術貼片是一種薄的、柔韌的、透明的敷料，由不粘連的聚氨酯頂層和生物粘附底層組成，可以有效避免腹部其他器官間互相粘連的可能。手術貼片通過氫鍵與組織表面發(fā)生物理交聯(lián)和酰胺鍵的化學交聯(lián)，可以快速而牢固地粘附在濕潤的胃腸等組織上。

手術貼片通過物理預拉伸處理，具有獨特的抗溶脹性能，使得貼片在達到溶脹平衡后仍可以在體內(nèi) 4 周牢固地貼附于缺損部位。

吳晶晶表示，手術貼片具有與胃腸道組織相匹配的力學性能，具有柔軟，可拉伸，高強度等特點。硬度過高的材料會導致腸道扭曲變形，而力學性能過低的材料使得其與腸道作用過程中容易脫落。同時與市售的組織粘合劑和密封劑相比, 胃腸貼片表現(xiàn)出優(yōu)異的粘附性能，具有高的界面韌性、剪切強度和拉伸強度。

此外，手術貼片具有良好的生物相容性與生物降解性能，當缺損部位傷口愈合后，手術貼片可以在體內(nèi)逐漸降解，避免二次手術。

通過體外細胞毒性評價以及動物體內(nèi)植入模型的建立，生化分析發(fā)現(xiàn)，該生物貼片具有良好的生物相容性和可降解性，植入體內(nèi)后，沒有明顯的炎癥反應，且其生物相容性與 FDA（Food and Drug Administration，美國食品****品監(jiān)督管理局） 批準的 Coseal 相當，但遠優(yōu)于 FDA 批準 Histoacryl。手術貼片進入生物體內(nèi)，具有生物降解的性能，在三個月內(nèi)，大部分殘留貼片可在體內(nèi)完全代謝。

研究中，吳晶晶通過動物胃腸缺損模型。來驗證手術貼片的有效無縫線修復能力。

通過建立大鼠胃腸道缺損模型，組織切片和免疫熒光分析，發(fā)現(xiàn)手術貼片修復的缺損愈合，形成很小纖維化囊腫，而作為標準對照組手術縫合缺損，傷口部位有輕度炎癥和纖維化。qPCR 分析中發(fā)現(xiàn)與手術縫合組相比，手術貼片組中 I 型膠原、III 型膠原和促炎性 M1 型巨噬細胞基因表達水平較低，表明在長期愈合過程中手術貼片組的纖維化和炎癥反應程度較低。

通過和梅奧中心合作，該團隊又建立了豬腸缺損模型，發(fā)現(xiàn) 28 天后所有的實驗豬都幸存下來，且該手術貼片仍密封損傷部位，組織切片及免疫熒光分析 a-平滑肌肌動蛋白 (a-SMA), I型膠原以及與炎癥反應相關的 T 細胞（CD3）和巨噬細胞（CD68）等發(fā)現(xiàn)，腸道缺損完全愈合，周圍有纖維化組織，沒有肉芽腫或壁內(nèi)膿腫形成的跡象，且沒有發(fā)現(xiàn)嚴重的炎癥反應。

吳晶晶回憶：“大部分生物學方面實驗是在疫情期進行的，當時因為受新冠疫情影響，很多高校宣布封鎖學校，其中某大學的動物中心據(jù)說需要將所有的實驗動物處死，而趙老師和 MIT 的動物管理部門反復溝通，最終保留下來我們的實驗大鼠，使得課題順利進行?！?br />
雖然身在海外，但她和實驗室時刻關注著國內(nèi)。

2020 年武漢出現(xiàn)疫情時，由于春節(jié)期間醫(yī)療物資匱乏導致很多醫(yī)院沒有足夠的防護物資。2020 年 2 月，該實驗室的劉心悅博士和吳晶晶博士后，耗時幾周收集 850 只 N95 口罩，并捐贈給武漢婦幼醫(yī)院，希望盡海外學子的綿薄之力。

到了 2020 年 4 月美國疫情爆發(fā)時，市面上已經(jīng)沒有多余的口罩，這時南方科技大學材料系的郭傳飛教授了解情況后，給吳晶晶在 MIT 的實驗室寄來急需的口罩，以緩燃眉之急。

“這些經(jīng)歷讓我明白愛心是流動的，不管是做科研還是生活，大家要互相幫助，團結合作。”她表示。

武漢和吳晶晶緣分十分深厚。2012 年，她進入華中科技大學國家納米****物工程技術研究中心楊祥良教授團隊，進行碩博連讀培養(yǎng)，師從萬影教授。

主要研究方向是溫敏水凝膠應用于硬組織（骨和軟骨）的缺損修復。博士期間以第一作者身份發(fā)表 SCI 論文 5 篇，期間獲得國家獎學金，并在楊祥良教授和萬影教授的支持下獲得去德國埃朗根-紐倫堡大學材料科學與工程系教授阿爾多·R·博卡契尼（Aldo R. Boccaccini）實驗室聯(lián)合培養(yǎng)的機會，主攻載微量元素的納米生物玻璃合成及其促進骨細胞生長機制，相關研究成果獲得 “2019 Acta Student Award” 。

如今在 MIT，在趙選賀教授課題組，她主要從事生物黏附材料應用于軟組織的缺損修復方向的基礎研究，以及開發(fā)生物粘附材料抑制組織-植入材料界面的纖維化形成，并探索其免疫機制。期間以共同第一作者的身份研發(fā)出一款藤壺啟發(fā)的生物止血劑，相關論文發(fā)表在 Nature Biomedical Engineering [2]，相關研究成果獲得“2021 Baxter Young Investigator Award”。

對于此次工作的未來計劃，她表示，經(jīng)過大鼠體內(nèi)胃、大腸及小腸缺損模型和大型動物豬的大腸缺損模型的驗證，這種手術貼片可以安全地修復胃腸道損傷，且隨著缺損傷口的愈合，手術貼片可以在體內(nèi)逐漸降解，就能像商業(yè)膠帶一樣便利地使用，有望取代手術縫合線，用于胃腸道的缺損修復。

下一步將進行臨床前研究，深入了解手術貼片降解的過程對缺損傷口愈合的影響，為推動手術貼片的商業(yè)化，做更多臨床前研究和準備。

即將完成博士后訓練的吳晶晶表示，“進入新時代，中國對青年科學家愈加重視。在完成博士后訓練后，如有機會，我將毫不猶豫地選擇回國繼續(xù)開展研究，為生物醫(yī)用材料發(fā)展以及臨床轉(zhuǎn)化貢獻自己的一份力量。”

-End-

參考：

1.Wu, J., Yuk, H., Sarrafian, T. L., Guo, C., Griffiths, L. G., Nabzdyk, C. S., & Zhao, X. An off-the-shelf bioadhesive patch for sutureless repair of gastrointestinal defects, Science Translational Medicine, 14, eabh2857 (2022).2.Yuk, H., Wu, J., Sarrafian, T. L., Mao X., Varela C.E., Roche E.T., L. G. Griffiths, Nabzdyk, C. S., & Zhao, X. Rapid and coagulation-independent haemostatic sealing by a paste inspired by barnacle glue, Nature Biomedical Engineering, 5, (2021) 1131-1142.