發(fā)布日期：2019-05-28
華東理工大學(xué)朱麟勇教授團(tuán)隊，與浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院歐陽宏偉教授課題組合作研發(fā)一種能夠在數(shù)秒內(nèi)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(guān)研究論文近日以“一種超強(qiáng)組織粘附的水凝膠材料用于動脈和心臟破損的止血修復(fù)”為題在線發(fā)表于《自然—通訊》(Nature Communications)。
據(jù)悉，該成果一經(jīng)報道便引發(fā)了英國每日郵報、NewScientist、BioArt、DeepTech等媒體的廣泛關(guān)注，并稱之為“神奇膠水”（A “miracle”glue），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(fā)成功絕非偶然，背后是無數(shù)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(xué)朱麟勇教授課題組近年來在光交聯(lián)生物材料領(lǐng)域取得的一系列研究進(jìn)展，或許是最好的解釋。
自2007年進(jìn)入華東理工大學(xué)組建課題組以來，朱麟勇始終帶領(lǐng)團(tuán)隊聚焦于“光化學(xué)方法構(gòu)建生物醫(yī)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(lián)生物材料在齒科修補(bǔ)取得了顛覆性成功，特別易于臨床操作，幾乎全面取代傳統(tǒng)的銀汞齊材料，他意識到，假若將該類技術(shù)拓展到軟組織應(yīng)用層面，光交聯(lián)“易用”特性勢必為諸如創(chuàng)面封閉、止血與修復(fù)等眾多臨床實(shí)際問題的解決提供創(chuàng)新手段。
事實(shí)上，生物材料學(xué)界已經(jīng)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(fù)的利器。然而，傳統(tǒng)一直沿用的自由基介導(dǎo)的光交聯(lián)固化機(jī)制始終無法規(guī)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(tài)的組織表面粘附。這種現(xiàn)狀導(dǎo)致光交聯(lián)水凝膠生物材料在學(xué)術(shù)界發(fā)表了大量的文章，但實(shí)際臨床轉(zhuǎn)化和應(yīng)用卻嚴(yán)重受限。
針對以上問題，朱麟勇帶領(lǐng)團(tuán)隊的青年教師林秋寧、包春燕教授，于2012年開啟了光交聯(lián)水凝膠生物材料創(chuàng)新構(gòu)建與臨床轉(zhuǎn)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(lián)反應(yīng)”非自由基交聯(lián)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了水凝膠的低毒、可控構(gòu)筑，有效克服傳統(tǒng)光交聯(lián)機(jī)制自由基毒性的缺陷，被業(yè)內(nèi)贊譽(yù)為“光交聯(lián)水凝膠技術(shù)的新突破”；2015年，實(shí)現(xiàn)了“光偶聯(lián)反應(yīng)”交聯(lián)的多步可控化；2017年，基于“光偶聯(lián)反應(yīng)”，實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞在水凝膠支架內(nèi)粘附、增殖與遷移等行為的操控；2018年，進(jìn)一步拓展了“光偶聯(lián)反應(yīng)”在多波長調(diào)控、大尺度與深厚度的水凝膠材料的3D快速光交聯(lián)成型的應(yīng)用。以上“光偶聯(lián)反應(yīng)”交聯(lián)突破了傳統(tǒng)自由基機(jī)制的諸多壁壘，成功實(shí)現(xiàn)了光交聯(lián)水凝膠的可控與低毒的有效結(jié)合。
為進(jìn)一步突破傳統(tǒng)意義上“柔弱”“光滑”的水凝膠無法與潮濕、動態(tài)的組織表面粘附固定的挑戰(zhàn)，朱麟勇團(tuán)隊提出發(fā)展能夠與組織表面氨基共價鍵合的“光偶聯(lián)反應(yīng)”，建立了具有組織粘附與整合特性的光原位凝膠技術(shù)），技術(shù)一經(jīng)發(fā)表就被“Global Medical Discovery”（全球醫(yī)藥發(fā)現(xiàn)）作為“Key Scientific Article”（重要的科學(xué)論文）加以報道。
基于這些技術(shù)優(yōu)勢，朱麟勇團(tuán)隊于2014年進(jìn)一步與相關(guān)醫(yī)學(xué)單位合作，在動物模型上驗證以上光原位凝膠技術(shù)的有效性。經(jīng)過驗證證實(shí)，該水凝膠材料具有以下幾方面作用：一是可作為創(chuàng)面止血封閉材料，其高強(qiáng)度、強(qiáng)組織粘附與快速固化的特征可實(shí)現(xiàn)大動物心臟穿透傷導(dǎo)致大流量出血與動脈損傷的瞬時封閉；二是可作為干細(xì)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(fù)，并促進(jìn)新生軟骨與舊軟骨間的整合一體化；三是可作為創(chuàng)面的促修復(fù)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(fā)生“光偶聯(lián)反應(yīng)”交聯(lián)，原位形成高組織粘附力的促創(chuàng)面修復(fù)凝膠。
基于以上“光偶聯(lián)反應(yīng)”原位凝膠技術(shù)具有生物安全、簡單易用及特有的組織粘附與整合的優(yōu)勢，朱麟勇研究團(tuán)隊在完成對以上技術(shù)的原料、制備、產(chǎn)品及應(yīng)用的知識產(chǎn)權(quán)全面布局的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步與相關(guān)醫(yī)學(xué)單位和企業(yè)合作，實(shí)施基于該原創(chuàng)技術(shù)的“醫(yī)用光敏生物膠”產(chǎn)品的臨床轉(zhuǎn)化，先后完成了材料的中試生產(chǎn)、儲存穩(wěn)定性、動物模型的有效性以及第三方安全性認(rèn)證（CFDA認(rèn)證機(jī)構(gòu)）。
“期望該‘醫(yī)用光敏生物膠’產(chǎn)品能在近期內(nèi)通過CFDA創(chuàng)新醫(yī)療器械通道，最終獲批三類醫(yī)療器械注冊證，實(shí)質(zhì)上突破當(dāng)前‘纖維蛋白原’和‘氰基丙烯酸酯’醫(yī)用膠在潮濕組織表面無粘接以及生物毒性等應(yīng)用瓶頸。”朱麟勇教授說。
據(jù)悉,圍繞“光偶聯(lián)反應(yīng)”原位凝膠技術(shù)，朱麟勇教授課題組目前已申請國內(nèi)發(fā)明專利6項，國際PCT專利3項；已獲中國發(fā)明專利授權(quán)1項和美國發(fā)明專利授權(quán)1項，提交美國專利2項、歐洲專利1項、日本專利1項。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-019-10004-7
來源：科學(xué)網(wǎng)
