麻省理工学院｜粘合剂涂层可以防止医疗植入物周围形成疤痕-热门资讯-UNISTATISTICS

新的粘性水凝胶涂层可以延长心脏起搏器、药物输送站和其他医疗设备的使用寿命。

当心脏起搏器等医疗设备植入体内时，它们通常会引起免疫反应，导致植入物周围疤痕组织堆积。这种瘢痕被称为纤维化，会干扰设备的功能，可能需要将其移除。

麻省理工学院的工程师们发现了一种简单而通用的方法，通过用水凝胶粘合剂涂覆设备来消除纤维化。这种粘合剂将设备与组织结合，并防止免疫系统攻击它。

“许多研究小组和公司的梦想是将一些长期身体看不到的东西植入体内，并且该设备可以提供治疗或诊断功能。现在我们有了这样一件'隐形斗篷'，这是非常普遍的：不需要药物，不需要特殊的聚合物，“麻省理工学院机械工程和土木与环境工程教授赵宣和说。

研究人员在这项研究中使用的粘合剂由称为水凝胶的交联聚合物制成，类似于他们之前开发的用于帮助密封内部伤口的手术胶带。研究人员发现，其他类型的水凝胶粘合剂也可以防止纤维化，他们认为这种方法不仅可以用于心脏起搏器，还可以用于输送药物或治疗细胞的传感器或设备。

Zhao 和 Hyunwoo Yuk SM '16， PhD '21，前麻省理工学院研究科学家，现在是 SanaHeal 的首席技术官，是该研究的资深作者，该研究今天发表在《自然》杂志上。麻省理工学院博士后吴晶晶是该论文的主要作者。

预防纤维化

近年来，Zhao的实验室开发了用于各种医疗应用的粘合剂，包括可用于愈合手术切口或内伤的双面和单面胶带。这些粘合剂通过使用聚丙烯酸（一种用于尿布的吸收材料）快速吸收湿纸巾中的水分来起作用。一旦水被清除，嵌入聚丙烯酸中的称为NHS酯的化学基团就会与组织表面的蛋白质形成牢固的键合。此过程大约需要五秒钟。

几年前，Zhao 和 Yuk 开始探索这种粘合剂是否也有助于将医疗植入物固定在适当的位置并防止纤维化的发生。

为了验证这个想法，Wu用粘合剂涂覆了聚氨酯装置，并将它们植入大鼠的腹壁、结肠、胃、肺或心脏。几周后，他们取下了该设备，发现没有可见的疤痕组织。对其他动物模型的额外测试也显示了同样的事情：无论植入粘合剂涂层装置在哪里，纤维化都不会发生，长达三个月。

“这项工作确实确定了一个非常通用的策略，不仅适用于一种动物模型，一个器官或一种应用，”Wu说。“在所有这些动物模型中，我们得到了一致的、可重复的结果，没有任何可观察到的纤维化胶囊。

研究人员使用大量RNA测序和荧光成像分析了动物的免疫反应，发现当首次植入带有粘合剂涂层的设备时，中性粒细胞等免疫细胞开始渗透到该区域。然而，在形成任何疤痕组织之前，这些攻击很快就消失了。

“对于粘附的装置，有一种急性的炎症反应，因为它是一种异物，”Yuk说。“然而，很快这种炎症反应就会减弱，然后从那时起你就没有这种纤维化的形成。

这种粘合剂的一种应用可能是心外膜起搏器的涂层，心外膜起搏器是放置在心脏上的设备，以帮助控制心率。接触心脏的电线经常纤维化，但麻省理工学院的研究小组发现，当他们在大鼠体内植入涂有粘合剂的电线时，它们至少可以保持功能三个月，没有形成疤痕组织。

“在植入式医疗器械和靶组织之间的界面处形成纤维化组织是一个长期存在的问题，通常会导致器械故障。证明设备和组织之间的牢固粘附可以避免纤维化组织的形成，这是一个重要的观察结果，在医疗设备领域具有许多潜在的应用，“哈佛大学生物工程教授David Mooney说，他没有参与这项研究。

机械提示

研究人员还测试了一种水凝胶粘合剂，其中包括壳聚糖（一种天然存在的多糖），发现这种粘合剂还可以消除动物研究中的纤维化。然而，他们测试的两种市售组织粘合剂并未显示出这种抗纤维化作用，因为市售粘合剂最终会从组织中分离并允许免疫系统攻击。

在另一项实验中，研究人员将植入物涂在水凝胶粘合剂中，然后将它们浸泡在溶液中，以去除聚合物的粘合性能，同时保持其整体化学结构相同。植入体内后，通过缝合线固定到位，发生了纤维化疤痕。研究人员说，这表明粘合剂和组织之间存在一些机械相互作用，可以阻止免疫系统的攻击。

“以前的免疫学研究一直集中在化学和生物化学上，但力学和物理学可能发挥同等作用，我们应该注意免疫反应中的那些机械和物理线索，”赵说，他现在计划进一步研究这些机械线索如何影响免疫系统。

Yuk、Zhao 和其他人创办了一家名为 SanaHeal 的公司，该公司目前正致力于进一步开发用于医疗应用的组织粘合剂。

“作为一个团队，我们有兴趣向社区报告此事，并引发人们对其发展方向的猜测和想象，”Yuk 说。“在很多情况下，人们希望与体内的外来或人造物质进行交互，例如植入式设备，药物库或细胞库。

该研究由美国国立卫生研究院和美国国家科学基金会资助。