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(wú)縫修復(fù)，實(shí)驗(yàn)豬28天后完全愈合

她叫吳晶晶，安徽安慶人，華中科技大學(xué)碩博連讀校友，目前是麻省理工學(xué)院（MIT）機(jī)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(bǔ)片用于胃腸道缺損的無(wú)縫修復(fù)》（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(shù)膠帶可被視為一種基礎(chǔ)技術(shù)，可以制成實(shí)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(duì)于胃、大腸、小腸等軟組織器官的缺損修復(fù)，它不需要任何事先準(zhǔn)備步驟，不需要特殊儲(chǔ)存條件，直接使用，快速高效，未來(lái)有望取代手術(shù)縫合線！”

麻省理工學(xué)院（MIT）機(jī)械工程系教授趙選賀、陸賢宇科學(xué)家、和美國(guó)梅奧診所克里斯托夫 S. 納布茲迪克（Christoph S. Nabzdyk）博士擔(dān)任共同通訊作者。

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

針對(duì)這個(gè)臨床難題，吳晶晶和團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一款手術(shù)貼片可以快速密封胃腸器官的缺損，防止其泄露并修復(fù)，從而挽救無(wú)數(shù)病人的生命。

在 MIT 機(jī)械工程系趙選賀教授的帶領(lǐng)下，該實(shí)驗(yàn)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?jiǎng)2]。在此基礎(chǔ)上，此次發(fā)明了一種無(wú)縫修復(fù)快速手術(shù)貼片。

由于胃腸器官具有柔軟，組織表面濕潤(rùn)且蠕動(dòng)等特性，而在潮濕的生理環(huán)境中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期牢固的組織黏附是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因?yàn)樗肿訒?huì)破壞材料與生物組織界面間的黏合穩(wěn)定性，導(dǎo)致黏附強(qiáng)度大幅減弱，同時(shí)需要手術(shù)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(shù)貼片，可以吸收組織表面的水分，且長(zhǎng)期牢固地粘附于缺損部位，達(dá)到對(duì)缺損器官的高效修復(fù)且促進(jìn)傷口愈合，最終在體內(nèi)完全代謝
該工作的研究亮點(diǎn)在于，手術(shù)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(shù)貼片通過(guò)氫鍵與組織表面發(fā)生物理交聯(lián)和酰胺鍵的化學(xué)交聯(lián)，可以快速而牢固地粘附在濕潤(rùn)的胃腸等組織上。

手術(shù)貼片通過(guò)物理預(yù)拉伸處理，具有獨(dú)特的抗溶脹性能，使得貼片在達(dá)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(shù)貼片具有與胃腸道組織相匹配的力學(xué)性能，具有柔軟，可拉伸，高強(qiáng)度等特點(diǎn)。硬度過(guò)高的材料會(huì)導(dǎo)致腸道扭曲變形，而力學(xué)性能過(guò)低的材料使得其與腸道作用過(guò)程中容易脫落。同時(shí)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(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度。

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

通過(guò)體外細(xì)胞毒性評(píng)價(jià)以及動(dòng)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(méi)有明顯的炎癥反應(yīng)，且其生物相容性與 FDA（Food and Drug Administration，美國(guó)食品****品監(jiān)督管理局） 批準(zhǔn)的 Coseal 相當(dāng)，但遠(yuǎn)優(yōu)于 FDA 批準(zhǔn) Histoacryl。手術(shù)貼片進(jìn)入生物體內(nèi)，具有生物降解的性能，在三個(gè)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(guò)動(dòng)物胃腸缺損模型。來(lái)驗(yàn)證手術(shù)貼片的有效無(wú)縫線修復(fù)能力。

通過(guò)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(shù)貼片修復(fù)的缺損愈合，形成很小纖維化囊腫，而作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照組手術(shù)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(shù)縫合組相比，手術(shù)貼片組中 I 型膠原、III 型膠原和促炎性 M1 型巨噬細(xì)胞基因表達(dá)水平較低，表明在長(zhǎng)期愈合過(guò)程中手術(shù)貼片組的纖維化和炎癥反應(yīng)程度較低。

通過(guò)和梅奧中心合作，該團(tuán)隊(duì)又建立了豬腸缺損模型，發(fā)現(xiàn) 28 天后所有的實(shí)驗(yàn)豬都幸存下來(lái)，且該手術(shù)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(dòng)蛋白 (a-SMA), I型膠原以及與炎癥反應(yīng)相關(guān)的 T 細(xì)胞（CD3）和巨噬細(xì)胞（CD68）等發(fā)現(xiàn)，腸道缺損完全愈合，周圍有纖維化組織，沒(méi)有肉芽腫或壁內(nèi)膿腫形成的跡象，且沒(méi)有發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)。

吳晶晶回憶：“大部分生物學(xué)方面實(shí)驗(yàn)是在疫情期進(jìn)行的，當(dāng)時(shí)因?yàn)槭苄鹿谝咔橛绊懀芏喔咝Ｐ挤怄i學(xué)校，其中某大學(xué)的動(dòng)物中心據(jù)說(shuō)需要將所有的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物處死，而趙老師和 MIT 的動(dòng)物管理部門(mén)反復(fù)溝通，最終保留下來(lái)我們的實(shí)驗(yàn)大鼠，使得課題順利進(jìn)行?！?br />
雖然身在海外，但她和實(shí)驗(yàn)室時(shí)刻關(guān)注著國(guó)內(nèi)。

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

到了 2020 年 4 月美國(guó)疫情爆發(fā)時(shí)，市面上已經(jīng)沒(méi)有多余的口罩，這時(shí)南方科技大學(xué)材料系的郭傳飛教授了解情況后，給吳晶晶在 MIT 的實(shí)驗(yàn)室寄來(lái)急需的口罩，以緩燃眉之急。

“這些經(jīng)歷讓我明白愛(ài)心是流動(dòng)的，不管是做科研還是生活，大家要互相幫助，團(tuán)結(jié)合作?！彼硎?。

武漢和吳晶晶緣分十分深厚。2012 年，她進(jìn)入華中科技大學(xué)國(guó)家納米****物工程技術(shù)研究中心楊祥良教授團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行碩博連讀培養(yǎng)，師從萬(wàn)影教授。

主要研究方向是溫敏水凝膠應(yīng)用于硬組織（骨和軟骨）的缺損修復(fù)。博士期間以第一作者身份發(fā)表 SCI 論文 5 篇，期間獲得國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金，并在楊祥良教授和萬(wàn)影教授的支持下獲得去德國(guó)埃朗根-紐倫堡大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授阿爾多·R·博卡契尼（Aldo R. Boccaccini）實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合培養(yǎng)的機(jī)會(huì)，主攻載微量元素的納米生物玻璃合成及其促進(jìn)骨細(xì)胞生長(zhǎng)機(jī)制，相關(guān)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(yīng)用于軟組織的缺損修復(fù)方向的基礎(chǔ)研究，以及開(kāi)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(jī)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?jiǎng)?，相關(guān)論文發(fā)表在 Nature Biomedical Engineering [2]，相關(guān)研究成果獲得“2021 Baxter Young Investigator Award”。

對(duì)于此次工作的未來(lái)計(jì)劃，她表示，經(jīng)過(guò)大鼠體內(nèi)胃、大腸及小腸缺損模型和大型動(dòng)物豬的大腸缺損模型的驗(yàn)證，這種手術(shù)貼片可以安全地修復(fù)胃腸道損傷，且隨著缺損傷口的愈合，手術(shù)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(shù)縫合線，用于胃腸道的缺損修復(fù)。

下一步將進(jìn)行臨床前研究，深入了解手術(shù)貼片降解的過(guò)程對(duì)缺損傷口愈合的影響，為推動(dòng)手術(shù)貼片的商業(yè)化，做更多臨床前研究和準(zhǔn)備。

即將完成博士后訓(xùn)練的吳晶晶表示，“進(jìn)入新時(shí)代，中國(guó)對(duì)青年科學(xué)家愈加重視。在完成博士后訓(xùn)練后，如有機(jī)會(huì)，我將毫不猶豫地選擇回國(guó)繼續(xù)開(kāi)展研究，為生物醫(yī)用材料發(fā)展以及臨床轉(zhuǎn)化貢獻(xiàn)自己的一份力量?！?/span>

-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.