讓軟組織修復和補牙一樣簡單

陳卓

大多數人在生活中都經歷過補牙，當牙齒上出現小洞，醫生會采用與牙齒硬度相近的材料，比如復合樹脂，對牙齒進行填補。這個填補過程簡單快捷不出血，修補完幾個小時后即可恢復。而當皮膚、肌肉、血管等軟組織出現較大傷口時，如果不及時處理，往往會滲出大量的血液，并且傷口具有一定張力，這讓軟組織修復變得十分麻煩。但近年來，仿生高性能水凝膠的出現讓軟組織損傷后的快速修復成為可能。

留疤疼痛耗時長——傳統軟組織修復方法急需改進

軟組織是相對堅硬的骨骼而言的，軟組織包括皮膚、皮下組織、肌肉、肌腱、韌帶、關節囊、神經、血管等。軟組織損傷就是當組織在外力作用下發生機能或結構異常。其中，被刀等鋒利的器具割傷最為常見。對于被割傷的傷口，目前常見的做法是進行縫合或者包扎，讓其自行愈合，而這樣的做法往往耗時長、技術要求高，且存在傷口再裂開的風險。

在手術中，大血管的破裂往往需要在幾秒內就把傷口堵住，不然會失血過多，危及生命。但在幾秒內完成縫合是非常困難的一件事情，再加上大血管的破裂伴隨著大出血，這也讓縫合止血難上加難。此外，大傷口縫合后的愈合時間長，愈合后還需要拆線，這個過程往往會讓患者感到疼痛，拆線后可能會留下長長的傷疤，十分不美觀。因此，軟組織損傷修復方法急需改進。

水凝膠材料助力軟組織修復與再生

水凝膠作為一種網狀結構的親水性聚合物材料，能夠通過交聯而形成三維固體，而水分子則作為介質分散在其中。水凝膠材料具有極高的吸水性，含水量為90%～99%。研究表明，水凝膠材料具有生物相容性高、免疫原性低和理化性質可調節等優勢，在生物醫學領域具有很好的發展前景。雖然水凝膠材料質地通常很軟且不夠強韌，但通過定向設計，水凝膠可為生物細胞的移植和分化、生物修復、傷口愈合及藥物持續傳遞提供良好的基質。其還可模擬人體細胞外環境的微結構，為細胞存活提供適宜的條件。

作為粘合劑幫助血管傷口的修復。在重大創傷和外科手術中，不可控出血是常遇到的問題，也是目前全世界手術死亡率高的主要原因之一。修復主動脈破裂和心臟穿透傷口引起的心臟出血對外科醫生來說是一個巨大的考驗。常用的止血劑在濕環境下對運動組織的粘附力較弱，很難控制動脈和心臟傷口的出血，但想在幾秒內完成縫合止血又十分困難。浙江大學醫學院歐陽宏偉教授和他的團隊設計了一種仿生組織水凝膠粘合劑材料，這種材料能夠在幾秒內聚合并且在紫外線激活下牢固地粘合到濕生物組織表面，讓創傷性動脈和心臟傷口在幾秒內止血成為現實[1]。實驗表明，通過這種水凝膠粘合劑修復的血管最高可承受290mmHg的血壓，遠超大多數臨床情況下的血管收縮壓（60～160mmHg）。此外，這種水凝膠材料已在動物實驗中取得了很好的效果，使用該水凝膠粘合劑對實驗豬的頸動脈以及心臟出血傷口進行止血治療后，實驗豬成功存活。這種不需要縫合即可實現快速止血和密封的水凝膠粘合劑材料將有望被運用于外科手術和緊急止血。

作為敷料促進傷口愈合。皮膚傷口的愈合是一個較為漫長的過程，在這個過程中創面往往會經歷三個時期：炎癥期、增生期和重構期。如果大面積的皮膚受到損傷，重構期后往往會留下難看的疤痕，即瘀痕組織。傳統的傷口敷料無法解決這些問題，而水凝膠具有很好的保水能力和生物相容性，可以促進細胞遷移和再生皮化，可以作為皮膚傷口和創面敷料，促進皮膚的無瘢痕愈合。例如，絲膠蛋白水凝膠可作為新型傷口敷料[2]。在實驗中，絲膠蛋白水凝膠在植入小鼠全層皮膚缺損模型后，能夠讓小鼠破損的皮膚無瘢痕愈合，并且毛囊和皮脂腺等皮膚附屬物的再生情況也得到了很大的改善。

作為輔助材料促進血管再生。臨床研究表明，糖尿病可能會導致肌腱、骨骼和關節慢性潰爛且無法治愈，而當潰爛發生在下肢且無法愈合時，臨床上采取的方法通常為截肢，給患者生活帶來了極大的痛苦與不便。而這一切都與血管病變有關。血管病變后，糖尿病患者缺乏足夠的毛細血管運輸氧氣，導致傷口處積累大量葡萄糖，而葡萄糖的大量積累可造成組織壞死。因此，在傷口愈合早期，毛細血管的再生與重建顯得尤為重要。上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院鄧廉夫團隊研究設計了可注射的協調性水凝膠材料，該材料中添加了促血管生成的藥物，其具有抗菌和促進血管生成的特性，可用于糖尿病患者傷口的再生。此材料的特性在動物實驗中得到了驗證，有望為糖尿病患者的傷口治療帶來福音。

“軟硬通吃”——水凝膠在骨組織修復中的應用

作為多功能高分子材料，水凝膠材料不僅在軟組織修復方面具有很高的應用價值，而且還可以作為支架，為受損后的骨組織修復提供一個良好的愈合環境。

骨缺損是骨科臨床中的常見病，目前治療骨缺損的常見方法是自體骨移植或者異體骨移植。這兩種方法都存在一定局限，自體移植會造成自身供應區受到損傷，而異體移植的供體源難以獲得。實際上，骨組織在受到損傷后是能夠自己愈合的，但其愈合十分耗時，正如我們常說的“傷筋動骨一百天”。而通過注射水凝膠至骨缺損處，在原位形成支架，則有助于對抗缺失處的幾何變形。此外，作為支架的水凝膠材料在經過改造后具有促進骨組織生長因子的釋放、提升骨組織生長相關的酶活性以及抗菌等作用，為骨組織的愈合創造了適宜的條件，讓骨損傷恢復得更快更好。

除了文中提到的應用，仿生高性能水凝膠的應用場景還有很多。相信在不久的將來，仿生高性能水凝膠將會有越來越多的應用場景被發掘出來， 助力醫療。

參考文獻

[1] HONG Y， ZHOU F， HUA Y， ZHANG X， et al. A strongly adhesive hemostatic hydrogel for the repair of arterial and heart bleeds[J]. Nature Communications， 2019，10（1）.

[2] 劉永龍，黃江鴻，熊建義，王大平.膠原水凝膠在軟骨與骨組織工程中的研究進展[J].生物骨科材料與臨床研究，2019，16（2）：62-66.