在開放式和微創手術中，使用機械緊固件（即縫線和釘皮機）的傳統策略，目前仍然是密封和修復組織的標準。但是，這些模式具有固有的缺點。縫合需要費時的復雜操作，并且需要醫生的高水平的手術技能，這在緊急情況下非常不利。
生物粘合劑材料有望能作為縫合器官傷口的新型方式。幾十年來，生物粘合材料因其在微創外科手術中替代縫合線和縫合釘縫合組織的潛力而備受關注。然而，在狹窄的空間內（內部撕裂或傷口）輸送生物粘合劑和在富含液體的生理環境中實現強黏附的復雜性，對現有密封劑的外科轉化造成了實質性的限制。
成果簡介
有鑒于此，美國麻省理工學院趙選賀、Hyunwoo Yuk等人從折紙中汲取靈感，設計了一種醫療貼片，可以將其折疊在微創手術工具周圍，并通過氣道、腸子和其他狹窄空間進行傳送，以修補內部傷害。干燥時，貼劑類似于可折疊的紙狀薄膜。一旦與潮濕的組織或器官接觸，它就會轉變成可拉伸的凝膠，類似于隱形眼鏡，并會粘在受傷的部位。
與現有的外科手術粘合劑不同，該團隊的新膠帶旨在在暴露于細菌和體液時抵抗污染和炎癥。隨著時間的推移，該貼劑可以安全地生物降解。
示意圖
多功能層組成
當前在微創手術中使用的生物粘合劑主要以可生物降解的液體和膠水的形式使用，它們可以散布在受損的組織上。但是，當這些膠水固化時，它們會在較軟的下層表面變硬，形成不完善的密封。血液和其他生物液體也會污染膠水，從而無法成功粘附到受傷部位。膠水也可以在傷口完全愈合之前被洗掉，在使用后，膠水也會引起炎癥和疤痕組織形成。
考慮到當前設計的局限性，該團隊旨在設計一種能夠滿足三個功能要求的替代方案。它應該能夠粘在受傷部位的濕表面上，避免在到達目的地之前與任何東西結合，并且一旦應用于受傷部位，就可以抵抗細菌污染和過度發炎。
該團隊設計了一種三層結構的貼片，這滿足了所有三個要求。他們分別是i)微紋理生物粘附層，ii)動態的、血液排斥疏水流體層，iii)防污兩性離子非膠粘附層。
其中，中間層是主要的生物粘合劑，由水凝膠材料制成，嵌入了稱為NHS酯的化合物。當與潮濕的表面接觸時，粘合劑吸收周圍的所有水分，并變得柔韌而有彈性，成型為組織的輪廓。同時，粘合劑中的酯與組織表面上的化合物形成牢固的共價鍵，從而在兩種材料之間形成緊密的密封。
然后，研究小組將粘合劑夾在兩層之間，每層都有不同的保護作用。底層由涂有硅油的材料制成，該材料可起到暫時潤滑粘合劑的作用，從而防止粘合劑在通過人體時粘在其他表面上。當粘合劑到達其目的地并輕輕地壓在受傷的組織上時，硅油就會被擠出，從而使粘合劑與組織結合。
膠粘劑的頂層由嵌入兩性離子聚合物或由正負離子組成的分子鏈的彈性體薄膜組成，該分子鏈可將周圍的水分子吸引到彈性體的表面。這樣，粘合劑的朝外層形成水基皮膚，可阻擋細菌和其他污染物。
研究表明，該貼片能夠在有血液存在的情況下與組織表面形成牢固的粘附，并對細菌粘附、纖維蛋白原吸附和體內纖維囊形成表現出優越的抵抗能力。
圖|多層貼片的體外和體內防污性能
可應用于不同的臨床情景
在一系列的演示中，研究人員表明，即使長時間浸沒在包括血液的液體燒杯中，這種新的生物粘合劑也可以牢固地粘附在動物組織樣品上。
他們還使用折紙啟發的技術將粘合劑折疊在微創手術中常用的器械周圍，例如球囊導管和外科縫合器。通過給球囊導管充氣或向外科縫合器施加輕微壓力，他們能夠將貼片粘貼到撕裂的組織和器官上，直到貼片后一個月之內都沒有發現修補部位或其附近的污染跡象。
圖|用于各種手術末端執行器的多層貼片的設計和組裝
這種新的生物粘合劑可以以預先折疊的形式制造，這樣外科醫生可以輕松地將其安裝在微創器械周圍以及機器人手術中使用的工具上。貼片形式和功能上的新穎性代表著克服機器人手術中的臨床轉化障礙并促進生物粘附材料在臨床上更廣泛采用的令人振奮的一步。
圖|通過氣囊導管微創遞送和應用多層生物粘附貼片
圖|使用外科縫合器以微創方式遞送和應用多層生物粘附貼片
小結
在這項工作中，研究人員引入了一種多功能的組織密封貼片，該貼片能夠在富含體液的環境中實現快速而牢固的組織粘附，并減輕圍手術期和術后并發癥的范圍，例如感染，血栓形成和纖維化囊化。雖然多層貼劑實現的全部功能使其通常成為外科手術的有利組織密封劑，但其性質對于微創手術尤其重要。利用貼片的材料特性和類似紙的形狀，該課題組證明了可以采用基于折紙的制造技術將貼片與各種手術末端執行器集成在一起，以部署在各種微創手術中。
參考文獻
Sarah J. Wu, et al. A Multifunctional Origami Patch for Minimally Invasive Tissue Sealing. Adv. Mater., 2020.
DOI: 10.1002/adma.202007667
https://doi.org/10.1002/adma.202007667
