起底快速止血的“神奇膠水”背后的“黑科技”
通訊員花雪苑 中國科技網·科技日報記者王春
華東理工大學朱麟勇教授與浙江大學醫學院歐陽宏偉教授課題組合作研發一種能夠在數秒內完全止住大動脈損傷和心臟穿透傷大出血的仿生水凝膠材料,相關研究論文在線發表在最新一期《Nature Communications》雜志上。該成果一經報道便引發了英國每日郵報、NewScientist、BioArt、DeepTech等媒體的廣泛關注，并稱之為“神奇膠水”，也有許多媒體稱之為快速止血“黑科技”等。
這種名為“Hydrogel”的水凝膠材料的研發成功絕非偶然，背后是無數科研人員夜以繼日的研究和付出。“神奇膠水”背后到底隱藏著怎樣的“黑科技”？華東理工大學朱麟勇教授課題組近年來在光交聯生物材料領域取得的一系列研究進展，或許是最好的解釋。
自2007年進入華東理工大學組建課題組以來，朱麟勇始終帶領團隊聚焦于“光化學方法構建生物醫用材料”的研究并已形成特色。
早在十年前，朱麟勇就注意到光交聯生物材料在齒科修補取得了顛覆性成功，特別易于臨床操作，幾乎全面取代傳統的銀汞齊材料，他意識到，假若將該類技術拓展到軟組織應用層面，光交聯“易用”特性勢必為諸如創面封閉、止血與修復等眾多臨床實際問題的解決提供創新手段。事實上，生物材料學界已經形成共識，具有最類似生物軟組織的仿生水凝膠材料是軟組織修復的利器。然而，傳統一直沿用的自由基介導的光交聯固化機制始終無法規避自由基帶來生物毒性、氧阻聚使得薄層成膠困難等與生俱來的缺陷；所形成的水凝膠或“軟而弱”或“硬而脆”，缺乏韌性，無法與潮濕、動態的組織表面粘附。這種現狀導致光交聯水凝膠生物材料在學術界發表了大量的文章，但實際臨床轉化和應用卻嚴重受限。
針對以上問題，朱麟勇教授帶領團隊的青年教師林秋寧以及包春燕教授，于2012年開啟了光交聯水凝膠生物材料創新構建與臨床轉化的艱辛道路，并取得了一系列科研成果：2014年，朱麟勇課題組另辟蹊徑，在國際上率先提出了“光偶聯反應”非自由基交聯機制（見圖A），實現了水凝膠的低毒、可控構筑，有效克服傳統光交聯機制自由基毒性的缺陷，被業內贊譽為“光交聯水凝膠技術的新突破”；2015年，實現了“光偶聯反應”交聯的多步可控化；2017年，基于“光偶聯反應”，實現了細胞在水凝膠支架內粘附、增殖與遷移等行為的操控；2018年，進一步拓展了“光偶聯反應”在多波長調控、大尺度與深厚度的水凝膠材料的3D快速光交聯成型的應用。以上“光偶聯反應”交聯突破了傳統自由基機制的諸多壁壘，成功實現了光交聯水凝膠的可控與低毒的有效結合。
圖A：提出“光偶聯反應”非自由基交聯機制
為進一步突破傳統意義上“柔弱”“光滑”的水凝膠無法與潮濕、動態的組織表面粘附固定的挑戰，朱麟勇研究團隊提出發展能夠與組織表面氨基共價鍵合的“光偶聯反應”，建立了具有組織粘附與整合特性的光原位凝膠技術（見圖B），技術一經發表就被“Global Medical Discovery”（全球醫藥發現）作為“Key Scientific Article”（重要的科學論文）加以報道。
圖B：建立具有組織粘附與整合特性的光原位凝膠技術
基于這些技術優勢，朱麟勇研究團隊于2014年進一步與相關醫學單位合作，在動物模型上驗證以上光原位凝膠技術的有效性（見圖C、D、E）。經過驗證證實，該水凝膠材料具有以下幾方面作用：一是可作為創面止血封閉材料，其高強度、強組織粘附與快速固化的特征可實現大動物心臟穿透傷導致大流量出血與動脈損傷的瞬時封閉；二是可作為干細胞或其外泌體原位凝膠支架，其組織粘附特性有助于軟骨缺損的修復，并促進新生軟骨與舊軟骨間的整合一體化；三是可作為創面的促修復材料，在無需任何改性條件下，促使自體富含血小板的血漿（PRP）發生“光偶聯反應”交聯，原位形成高組織粘附力的促創面修復凝膠。
圖C：應用示例一：作為原位支架包載外泌體用于軟骨缺損修復
圖D：應用示例二：作為大動物心臟穿刺傷止血材料
圖E：應用示例三：作為急性創面免縫合材料
基于以上“光偶聯反應”原位凝膠技術具有生物安全、簡單易用及特有的組織粘附與整合的優勢，朱麟勇研究團隊在完成對以上技術的原料、制備、產品及應用的知識產權全面布局的基礎上，進一步與相關醫學單位和企業合作，實施基于該原創技術的“醫用光敏生物膠”產品的臨床轉化，先后完成了材料的中試生產、儲存穩定性、動物模型的有效性以及第三方安全性認證（CFDA認證機構）。
“期望該‘醫用光敏生物膠’產品能在近期內通過CFDA創新醫療器械通道，最終獲批三類醫療器械注冊證，實質上突破當前‘纖維蛋白原’和‘氰基丙烯酸酯’醫用膠在潮濕組織表面無粘接以及生物毒性等應用瓶頸。”朱麟勇教授說。
截至目前，圍繞“光偶聯反應”原位凝膠技術，朱麟勇教授課題組已申請國內發明專利6項，國際PCT專利3項；已獲中國發明專利授權1項和美國發明專利授權1項，提交美國專利2項、歐洲專利1項、日本專利1項。
