让软组织修复和补牙一样简单

陈卓

大多数人在生活中都经历过补牙，当牙齿上出现小洞，医生会采用与牙齿硬度相近的材料，比如复合树脂，对牙齿进行填补。这个填补过程简单快捷不出血，修补完几个小时后即可恢复。而当皮肤、肌肉、血管等软组织出现较大伤口时，如果不及时处理，往往会渗出大量的血液，并且伤口具有一定张力，这让软组织修复变得十分麻烦。但近年来，仿生高性能水凝胶的出现让软组织损伤后的快速修复成为可能。

留疤疼痛耗时长——传统软组织修复方法急需改进

软组织是相对坚硬的骨骼而言的，软组织包括皮肤、皮下组织、肌肉、肌腱、韧带、关节囊、神经、血管等。软组织损伤就是当组织在外力作用下发生机能或结构异常。其中，被刀等锋利的器具割伤最为常见。对于被割伤的伤口，目前常见的做法是进行缝合或者包扎，让其自行愈合，而这样的做法往往耗时长、技术要求高，且存在伤口再裂开的风险。

在手术中，大血管的破裂往往需要在几秒内就把伤口堵住，不然会失血过多，危及生命。但在几秒内完成缝合是非常困难的一件事情，再加上大血管的破裂伴随着大出血，这也让缝合止血难上加难。此外，大伤口缝合后的愈合时间长，愈合后还需要拆线，这个过程往往会让患者感到疼痛，拆线后可能会留下长长的伤疤，十分不美观。因此，软组织损伤修复方法急需改进。

水凝胶材料助力软组织修复与再生

水凝胶作为一种网状结构的亲水性聚合物材料，能够通过交联而形成三维固体，而水分子则作为介质分散在其中。水凝胶材料具有极高的吸水性，含水量为90%～99%。研究表明，水凝胶材料具有生物相容性高、免疫原性低和理化性质可调节等优势，在生物医学领域具有很好的发展前景。虽然水凝胶材料质地通常很软且不够强韧，但通过定向设计，水凝胶可为生物细胞的移植和分化、生物修复、伤口愈合及药物持续传递提供良好的基质。其还可模拟人体細胞外环境的微结构，为细胞存活提供适宜的条件。

作为粘合剂帮助血管伤口的修复。在重大创伤和外科手术中，不可控出血是常遇到的问题，也是目前全世界手术死亡率高的主要原因之一。修复主动脉破裂和心脏穿透伤口引起的心脏出血对外科医生来说是一个巨大的考验。常用的止血剂在湿环境下对运动组织的粘附力较弱，很难控制动脉和心脏伤口的出血，但想在几秒内完成缝合止血又十分困难。浙江大学医学院欧阳宏伟教授和他的团队设计了一种仿生组织水凝胶粘合剂材料，这种材料能够在几秒内聚合并且在紫外线激活下牢固地粘合到湿生物组织表面，让创伤性动脉和心脏伤口在几秒内止血成为现实[1]。实验表明，通过这种水凝胶粘合剂修复的血管最高可承受290mmHg的血压，远超大多数临床情况下的血管收缩压（60～160mmHg）。此外，这种水凝胶材料已在动物实验中取得了很好的效果，使用该水凝胶粘合剂对实验猪的颈动脉以及心脏出血伤口进行止血治疗后，实验猪成功存活。这种不需要缝合即可实现快速止血和密封的水凝胶粘合剂材料将有望被运用于外科手术和紧急止血。

作为敷料促进伤口愈合。皮肤伤口的愈合是一个较为漫长的过程，在这个过程中创面往往会经历三个时期：炎症期、增生期和重构期。如果大面积的皮肤受到损伤，重构期后往往会留下难看的疤痕，即瘀痕组织。传统的伤口敷料无法解决这些问题，而水凝胶具有很好的保水能力和生物相容性，可以促进细胞迁移和再生皮化，可以作为皮肤伤口和创面敷料，促进皮肤的无瘢痕愈合。例如，丝胶蛋白水凝胶可作为新型伤口敷料[2]。在实验中，丝胶蛋白水凝胶在植入小鼠全层皮肤缺损模型后，能够让小鼠破损的皮肤无瘢痕愈合，并且毛囊和皮脂腺等皮肤附属物的再生情况也得到了很大的改善。

作为辅助材料促进血管再生。临床研究表明，糖尿病可能会导致肌腱、骨骼和关节慢性溃烂且无法治愈，而当溃烂发生在下肢且无法愈合时，临床上采取的方法通常为截肢，给患者生活带来了极大的痛苦与不便。而这一切都与血管病变有关。血管病变后，糖尿病患者缺乏足够的毛细血管运输氧气，导致伤口处积累大量葡萄糖，而葡萄糖的大量积累可造成组织坏死。因此，在伤口愈合早期，毛细血管的再生与重建显得尤为重要。上海交通大学医学院附属瑞金医院邓廉夫团队研究设计了可注射的协调性水凝胶材料，该材料中添加了促血管生成的药物，其具有抗菌和促进血管生成的特性，可用于糖尿病患者伤口的再生。此材料的特性在动物实验中得到了验证，有望为糖尿病患者的伤口治疗带来福音。

“软硬通吃”——水凝胶在骨组织修复中的应用

作为多功能高分子材料，水凝胶材料不仅在软组织修复方面具有很高的应用价值，而且还可以作为支架，为受损后的骨组织修复提供一个良好的愈合环境。

骨缺损是骨科临床中的常见病，目前治疗骨缺损的常见方法是自体骨移植或者异体骨移植。这两种方法都存在一定局限，自体移植会造成自身供应区受到损伤，而异体移植的供体源难以获得。实际上，骨组织在受到损伤后是能够自己愈合的，但其愈合十分耗时，正如我们常说的“伤筋动骨一百天”。而通过注射水凝胶至骨缺损处，在原位形成支架，则有助于对抗缺失处的几何变形。此外，作为支架的水凝胶材料在经过改造后具有促进骨组织生长因子的释放、提升骨组织生长相关的酶活性以及抗菌等作用，为骨组织的愈合创造了适宜的条件，让骨损伤恢复得更快更好。

除了文中提到的应用，仿生高性能水凝胶的应用场景还有很多。相信在不久的将来，仿生高性能水凝胶将会有越来越多的应用场景被发掘出来， 助力医疗。

参考文献

[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] 刘永龙，黄江鸿，熊建义，王大平.胶原水凝胶在软骨与骨组织工程中的研究进展[J].生物骨科材料与临床研究，2019，16（2）：62-66.