顛覆百年來人類止血模式的新材料

沈臻懿

長(zhǎng)期以來，外科手術(shù)都是通過結(jié)扎縫合、血管吻合等技術(shù)予以止血，以免傷者因?yàn)槭а^多，且無法得到有效止血而死亡。但這類技術(shù)的操作機(jī)理以及自身特性，難免會(huì)給患者帶來二次傷害的問題。于是，在長(zhǎng)期努力與探索中，蛋白質(zhì)類、殼聚糖類、海藻酸鹽等止血修復(fù)材料相繼問世。可惜這些止血材料或多或少仍存在不足，因而科學(xué)家們正努力探尋一種更為完美、操作簡(jiǎn)便、能夠迅速粘連、迅速牢固的止血修復(fù)材料。近期，一種名為TA（Tough Adhesives）的新型止血修復(fù)材料問世，幾乎完美地實(shí)現(xiàn)了前述各項(xiàng)要求。其不僅能夠像“補(bǔ)胎”一般操作，非常簡(jiǎn)便地黏附在傷口上，且能以極高的強(qiáng)度進(jìn)行迅速粘連并止血，改變了百余年來外科手術(shù)中的止血模式。

平時(shí)習(xí)慣于騎車的朋友在騎行時(shí)遇到的最為鬧心的事，想必就是車胎被路面上的異物扎破。此時(shí)，如果能在路邊找到一個(gè)修車鋪，只需將車輪內(nèi)胎取出，找到漏氣部位后，使用補(bǔ)片和膠水修復(fù)，車胎便可充氣如初。面對(duì)這一補(bǔ)胎修復(fù)方式，難免令人聯(lián)想到醫(yī)學(xué)手術(shù)領(lǐng)域，是否也有類似于“補(bǔ)胎”這樣簡(jiǎn)便、有效且可靠的止血修復(fù)方式呢？

創(chuàng)傷與止血的博弈大戰(zhàn)

現(xiàn)實(shí)社會(huì)的各種事故中，不少傷者便是因?yàn)榇罅渴а覠o法得到有效止血而導(dǎo)致死亡?？梢哉f，出血是創(chuàng)傷發(fā)生后最為多見的一項(xiàng)臨床表現(xiàn)，而出血失控則又是導(dǎo)致受傷人員在現(xiàn)場(chǎng)死亡的首要因素。因此，如何穩(wěn)定受傷人員的傷情，并對(duì)其傷口、出血予以有效處理，進(jìn)而為其后續(xù)診療創(chuàng)造更好條件，無疑是一場(chǎng)創(chuàng)傷與止血的博弈大戰(zhàn)。

就醫(yī)學(xué)發(fā)展，尤其是外科發(fā)展而言，其與臨床止血技術(shù)更新之間一直存在著某種聯(lián)系。外科手術(shù)過程中，從最為基礎(chǔ)的人體組織、臟器的切開、傷口的縫合，再到血管的吻合，直至當(dāng)前各類復(fù)雜的血管修復(fù)術(shù)等，止血技術(shù)的發(fā)展令人們一次次成功地挑戰(zhàn)醫(yī)學(xué)禁區(qū)，從容面對(duì)各項(xiàng)高難度手術(shù)。然而，外科在高速發(fā)展的今天，也遇到了自身突破的一大瓶頸。

從技術(shù)應(yīng)用層面而言，傳統(tǒng)結(jié)扎縫合、電刀電切、高頻電凝、超聲刀等止血技術(shù)，雖能有效對(duì)創(chuàng)口進(jìn)行止血，但由于前述技術(shù)的操作機(jī)理以及自身特性，難免帶來二次損傷的問題。就高頻電刀而言，其是一種能夠替代機(jī)械手術(shù)刀具來進(jìn)行組織切割的專門外科器械，可通過電極尖端產(chǎn)生的高頻高壓電流，與患者肌體相接觸后進(jìn)行加熱，從而對(duì)肌體組織予以凝固、分離，并實(shí)現(xiàn)切合與止血。但在止血過程中，高頻電刀亦會(huì)對(duì)傷者肌體造成物理性損傷、電損傷以及熱損傷等二次損傷。在某些情形下，這些損傷甚至比手術(shù)本身的損傷更為嚴(yán)重。

此外，對(duì)于技術(shù)操作者而言，一名杰出的外科專家，需要?dú)v經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的專業(yè)訓(xùn)練。但對(duì)于器官移植等疑難復(fù)雜手術(shù)而言，其留給血管阻斷的時(shí)間極為有限，只能由經(jīng)驗(yàn)豐富的外科專家予以完成。前述兩者之間存在似乎有悖論，血管阻斷的時(shí)間要求、止血技術(shù)的專業(yè)要求，反而在一定程度上限制了外科醫(yī)師的專業(yè)訓(xùn)練。

止血修復(fù)材料的探索之路

在這場(chǎng)創(chuàng)傷與止血的博弈大戰(zhàn)中，人們不禁會(huì)問，有沒有一種更為便捷，且更為迅速、牢靠的止血技術(shù)和材料呢？為此，科學(xué)家們已進(jìn)行了長(zhǎng)期的努力與探索，并研發(fā)了各類止血修復(fù)材料。

殼聚糖

殼聚糖是一種廣泛存在于海洋領(lǐng)域的天然堿性多糖，又名脫乙酰甲殼素。在相應(yīng)條件作用下，殼聚糖可以發(fā)生硝化、磺化、氧化、?；?、烷基化、鹵化、還原、水解、絡(luò)合等諸多化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而生成各類不同性質(zhì)的殼聚糖衍生物。殼聚糖的前述特性，令其無論在食品加工、重金屬處理，抑或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，都發(fā)揮著極為重要的作用。此外，這種純天然高分子物質(zhì)具有良好的可降解性以及生物相容性，使得科學(xué)家們意識(shí)到其在止血技術(shù)領(lǐng)域同樣可以“施展拳腳”。 殼聚糖覆蓋在創(chuàng)口之上并與從傷口的滲出液相接觸后，能夠利用自身攜帶的正電荷來吸引攜帶負(fù)電荷的紅細(xì)胞，從而令紅細(xì)胞得以快速聚集。此外，殼聚糖自身還具有一定的抑菌作用，可防止傷口被細(xì)菌感染，并加速創(chuàng)傷的愈合。就其抗菌機(jī)理而言，殼聚糖主要依賴于自身攜帶的正電荷穿過細(xì)菌、真菌的細(xì)胞壁，并吸附在帶負(fù)電的細(xì)胞膜之上，從而通過改變細(xì)胞膜通透性的方式來破壞細(xì)菌、真菌的新陳代謝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)抗菌、抑菌。簡(jiǎn)單來說，殼聚糖可促使血液中的紅細(xì)胞聚集和血小板的黏附，來實(shí)現(xiàn)止血的目的。相較于普通紗布而言，利用殼聚糖為原料制成的止血敷料，其止血時(shí)間更短，且能有效減少傷口的失血量。

殼聚糖衍生材料

隨著外科臨床應(yīng)用的不斷發(fā)展，科學(xué)家們逐漸發(fā)現(xiàn)，對(duì)于廣泛性出血?jiǎng)?chuàng)面的處理，單純使用殼聚糖的止血效用相對(duì)較為有限。在此背景下，諸如殼聚糖復(fù)合材料、殼聚糖納米纖維材料、改性殼聚糖、抗菌性殼聚糖等衍生材料也日益受到科學(xué)家們的關(guān)注。鑒于單純性的殼聚糖在止血應(yīng)用方面存在的局限性，科學(xué)家利用各類材料與殼聚糖的協(xié)同作用，制備出復(fù)合材料，從而增強(qiáng)殼聚糖的功能效用。譬如，利用羧甲基殼聚糖與明膠所制備形成的復(fù)合水凝膠，不僅能夠提升創(chuàng)口的愈合速度，亦可降低肉芽組織形成，從而有效防止瘢痕形成。利用殼聚糖與明膠、硝酸銀等制備形成的含納米銀的明膠-殼聚糖納米纖維膜，對(duì)于綠膿桿菌和金黃色葡萄球菌都有著極為優(yōu)良的抗菌性能。除了與其他材料復(fù)合外，科學(xué)家還對(duì)殼聚糖的理化性質(zhì)進(jìn)行了優(yōu)化與改變。根據(jù)殼聚糖的凝膠性特點(diǎn)，科學(xué)家在其原有結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了化學(xué)修改與改性，從而優(yōu)化了殼聚糖的溶解能力，令改性后的殼聚糖止血材料能夠在較短時(shí)間內(nèi)即形成凝膠，從而對(duì)創(chuàng)傷進(jìn)行封閉。這一方式相較于傳統(tǒng)的手術(shù)縫合而言，在快速處理與診療效果方面無疑具有明顯優(yōu)勢(shì)，更為適用于急性創(chuàng)傷的搶救與治療。正如前文所言，殼聚糖自身具有抑制細(xì)菌、真菌活動(dòng)的功效，但這僅限于酸性條件下。為了強(qiáng)化這一性能，科學(xué)家將蠶絲中的絲膠蛋白與殼聚糖復(fù)合制成納米纖維，從而強(qiáng)化了其對(duì)枯草芽孢桿菌、大腸桿菌的抗菌效能。

蛋白質(zhì)類物質(zhì)

纖維蛋白膠、膠原蛋白等蛋白質(zhì)類物質(zhì)，同樣可作為創(chuàng)傷救治中的止血材料。所謂纖維蛋白膠，即是由人或者哺乳動(dòng)物的血漿所制備的纖維蛋白原與凝血酶的濃縮物所共同組成的一種物質(zhì)。其止血的機(jī)理，系通過高濃度纖維蛋白原與凝血因子的作用，來模擬人體肌體的凝血階段。同時(shí)，纖維蛋白膠能夠在創(chuàng)面上黏附一層纖維蛋白膜，從而起到止血之效用。

同傳統(tǒng)止血方法與材料相比，纖維蛋白膠不僅具有較高的止血效果，且在止血所需時(shí)間上明顯縮短。不過，從纖維蛋白膠制備的原料來看，其無疑有著天然的短板問題。一方面，纖維蛋白膠來源于血液制品，存在原材料有限問題；另一方面，其在一定程度還可能存在安全性不高的問題。為了應(yīng)對(duì)這一棘手問題，科學(xué)家們開發(fā)了同樣具有止血功能的重組人纖維蛋白膠來替代前述纖維蛋白膠。除了纖維蛋白膠外，膠原蛋白同樣是一種來源較廣，且止血性能較好的可降解生物物質(zhì)。從膠原蛋白的止血機(jī)理而言，系通過促進(jìn)血小板的聚集來縮短血栓的形成時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)止血目標(biāo)。誠(chéng)然，膠原蛋白具有止血速度快、出血量少的特點(diǎn)，但單純的膠原蛋白尚存在溶解速率快、力學(xué)性能差的缺陷。這也使得科學(xué)家在臨床治療中，往往需要將其與其他材料復(fù)合使用。

海藻酸

海藻酸與殼聚糖一樣，同屬于天然高分子化合物。其是由單糖醛酸線性聚合而成的多糖，在廣袤的海洋環(huán)境中多有存在。諸如馬尾藻、海帶、巨藻、泡葉藻等海生性植物，都是海藻酸的主要來源?；诤Ｔ逅嶙陨淼耐秆跣?、生物相融性以及吸水性等特點(diǎn)，科學(xué)家以其為原料制成了醫(yī)用海藻酸鹽敷料。這一材料敷于創(chuàng)口之上后，可以有效吸收傷口滲出液，并在創(chuàng)傷表面形成網(wǎng)狀凝膠層，從而為創(chuàng)口愈合提供良好環(huán)境?；诤Ｔ逅岬闹寡獧C(jī)理，科學(xué)家以其為原料制成了海藻酸鈣海綿。該止血材料屬多孔結(jié)構(gòu)，可迅速吸收傷口滲出液，從而保證創(chuàng)口干燥，并防止?jié)B出液污染到周圍的健康組織。此外，多孔結(jié)構(gòu)還有助于傷口與外界之間的透氣，以利于傷口的愈合。為了進(jìn)一步提升海藻酸鹽的止血效能以及抑菌能力，科學(xué)家們也創(chuàng)造性地將抗菌藥劑、凝血藥劑、抗生素等物質(zhì)與海藻酸鹽進(jìn)行復(fù)合，從而得到了各類更為高效的止血敷料。

“補(bǔ)胎”般止血修復(fù)的新材料誕生

科學(xué)探索的腳步永無止境，在止血修復(fù)新材料的探索上同樣如此。即使是有了前述諸多止血材料，科學(xué)家們并未就此而感到滿足?？紤]到前述止血材料或多或少尚存在一些不足之處，科學(xué)家們?nèi)栽谂ふ乙环N更為完美、能夠迅速粘連，且迅速牢固的止血修復(fù)材料。

近期，哈佛大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)宣布，其成功研制出了一種名為TA（Tough Adhesives）的新型止血材料。這一名稱若翻譯成中文，即是“強(qiáng)力黏合劑”之意。就如同車胎上的孔洞可以使用強(qiáng)力膠水進(jìn)行黏合修復(fù)一樣，“強(qiáng)力黏合劑”同樣可以直接黏合于傷口之上。即使是心臟等重要臟器上的傷口、孔洞，都可以用“強(qiáng)力黏合劑”進(jìn)行修補(bǔ)，從而實(shí)現(xiàn)迅速止血，又可保持高度的器官組織強(qiáng)度。TA（Tough Adhesives）的問世，不僅給了人們極大的驚喜，更改變了百余年來外科手術(shù)中的止血模式。

無論是傳統(tǒng)的手術(shù)縫合，還是輔以各類止血敷料的外科血管修復(fù)，都需要以醫(yī)療專家的高超技術(shù)與長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)為前提。但TA（Tough Adhesives）的出現(xiàn)，徹底打破了這一規(guī)律。TA（Tough Adhesives）的使用方法極為簡(jiǎn)便，只需將其對(duì)準(zhǔn)傷口直接貼上即可。這一方式，就如同人們?cè)谟龅叫∶娣e磕碰或擦傷時(shí)，使用創(chuàng)可貼來進(jìn)行包扎和止血一般。雖然只是簡(jiǎn)單的一項(xiàng)操作，但其背后卻是以TA（Tough Adhesives）近乎完美的性能作為保障的。當(dāng)TA（Tough Adhesives）黏附在傷口處后，其立即就會(huì)與傷口發(fā)生牢固結(jié)合，很難再能將其從傷口表面撕扯掉。即使是在滿是血液的潮濕表面環(huán)境下，TA（Tough Adhesives）也能與傷口輕松粘連。無論是心臟、肝臟、肺臟，還是動(dòng)脈、軟骨、皮膚組織等，TA（Tough Adhesives）都可輕松予以粘連。更為神奇的是，這一新型止血修復(fù)材料的黏合作用，會(huì)隨著黏合時(shí)間的增長(zhǎng)而愈加牢固。此外，TA（Tough Adhesives）的延展性能相當(dāng)驚人，即使將其拉伸至原有長(zhǎng)度的十余倍，TA（Tough Adhesives）仍能確保在粘連處的牢固程度。當(dāng)然，對(duì)于黏貼在臟器、組織之上的TA（Tough Adhesives）而言，其是作為一種異物的存在。但由于這一新型止血修復(fù)材料的細(xì)胞組織相容性極為優(yōu)異，使得其在傷口處粘連后，傷者僅僅只會(huì)有輕度或者中度的炎癥反應(yīng)。

人們不禁會(huì)問，如此性能強(qiáng)悍且能“一黏止血”的TA（Tough Adhesives），其靈感究竟從何而來？令人倍感意外的是，其研制靈感竟然來自于令不少人略感惡心的鼻涕蟲！

該研究團(tuán)隊(duì)表示，當(dāng)前外科手術(shù)中涉及的一些傳統(tǒng)膠水都存在不足與缺陷。譬如對(duì)于一種名為氰基丙烯酸酯聚合物的黏合劑成分而言，其雖然也具有較強(qiáng)的黏合能力，但其在含水的潮濕環(huán)境下會(huì)逐步發(fā)生分解，不僅會(huì)造成黏合強(qiáng)度的減弱直至消失，甚至還會(huì)分解形成甲醛等有毒物質(zhì)。這就使得氰基丙烯酸酯聚合物在血管外科吻合技術(shù)中的應(yīng)用帶來了極大隱患，往往只能將其用作皮膚表面的黏合劑使用。該研究團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家在研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，大自然界中的不少生物都會(huì)產(chǎn)生黏液，譬如壁虎、蝸牛、貽貝等，都會(huì)通過分泌黏液來保證其牢固黏附。針對(duì)這一情況，該研究團(tuán)隊(duì)將探究的目光轉(zhuǎn)向了神奇的大自然。經(jīng)過研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一種名為Arion subfuscus的鼻涕蟲極為符合研究預(yù)期。這種鼻涕蟲在遭遇威脅時(shí)，會(huì)迅速分泌出黏液。該黏液能夠讓其和巖石之間緊密粘連，捕食者幾乎無法再將其從黏附的巖石表面剝離。此外，這類鼻涕蟲具有極為良好的柔軟性和延展性，可以極大程度拉伸自身的軀體。更為神奇的是，其分泌黏液，并將自身黏附于巖石之上的全過程，都是在潮濕環(huán)境下所完成的。發(fā)現(xiàn)了這一大自然的奇跡后，哈佛大學(xué)的這一研究團(tuán)隊(duì)迅速以Arion subfuscus鼻涕蟲為藍(lán)本，采用仿生學(xué)技術(shù)，制成了新型的雙層水凝膠材料。該材料大量模擬了該類鼻涕蟲黏液的雙層藻酸鹽-聚丙烯酰胺基質(zhì)延展結(jié)構(gòu)?；谶@一發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新，科學(xué)家發(fā)明了這種全新的止血修復(fù)材料。