工程师们发现了一种方法，可以阻止植入设备周围瘢痕组织的形成。通过对这些设备施加水凝胶粘合剂涂层，材料将设备与组织连接起来，并防止免疫系统将其排斥。当心脏起搏器等医疗设备被植入体内时，通常会引发免疫反应，导致植入物周围形成瘢痕组织。这种瘢痕，通常被称为纤维化，可能会干扰设备的运行，并可能需要将其移除。来自麻省理工学院（MIT）的这一突破可能有助于防止此类设备故障。研究人员发现了一种简单的方法，通过使用水凝胶粘合剂涂覆设备来防止纤维化。该粘合剂使设备能够与组织结合，并保护它们不受身体免疫反应的影响。
“许多研究团体和公司一直渴望在体内植入某种东西，这种物质能随着时间的推移而不被身体发现，并能够提供治疗或诊断的好处。现在我们有了这样一种‘隐形斗篷’，并且它非常多功能：不需要药物或特殊聚合物，”麻省理工学院机械工程及土木与环境工程教授赵轩河解释道。
研究中使用的粘合剂是由交联聚合物制成的水凝胶。它类似于研究人员开发的用于密封内伤的外科胶带。研究人员发现，其他类型的水凝胶粘合剂也可以保护免受纤维化的影响。他们相信这种方法可以用于心脏起搏器、传感器或药物和治疗细胞传递设备。这项研究的资深作者包括赵轩河和现为SanaHeal首席技术官的Hyunwoo Yuk（SM ’16，PhD ’21）。该研究将发表在《自然》杂志上。参与该研究的还有麻省理工学院的博士后吴静静。赵轩河是这篇文章的主要作者。
“防止纤维化”
赵的实验室最近为各种医疗目的创造了粘合剂，例如具有治疗外科切口或内部损伤潜力的双面和单面胶带。这些粘合剂的工作原理是快速吸收湿组织中的水分，利用聚丙烯酸，这是一个以在尿布中吸水特性而闻名的材料。水分被吸收后，聚丙烯酸中被称为NHS酯的化学基团与组织表面上的蛋白质形成强键。这整个过程大约在五秒内完成。几年前，赵和Yuk开始研究这种粘合剂是否也可以用来固定医疗植入物并防止纤维化。吴通过将粘合剂涂抹于聚氨酯设备，并将其植入老鼠体内的不同部位进行实验。几周后取出设备时，他们观察到没有明显的瘢痕组织。对其他动物的进一步测试显示了相同的结果：在粘合剂涂层设备植入的区域，最大可达三个月未发生纤维化。这项研究发现了一种广泛的防止纤维化的方法。根据吴的说法，无论动物模型、器官或应用，一致且可重复的结果均未出现任何可见的纤维囊泡。研究人员使用大规模RNA测序和荧光成像分析动物的免疫反应，并发现当涂有粘合剂涂层的设备最初植入时，免疫细胞如中性粒细胞进入该区域。然而，这些攻击很快就被扑灭，没有发生任何瘢痕组织形成。Yuk补充道，粘附的设备由于是外来材料而引发了急性炎症反应，但这种反应很快就减退。炎症反应减少，防止了纤维化的形成。该粘合剂可以用于涂覆心包起搏器，这是一种放置在心脏上以调节心率的设备。麻省理工学院团队发现，当他们在老鼠中植入涂有粘合剂的电线时，这些电线至少在三个月内保持功能而没有形成瘢痕组织，防止了纤维化。研究人员还实验了一种含有壳聚糖的水凝胶粘合剂，这是一种天然聚合物。研究人员对一种叫做多糖的粘合剂进行了实验，发现它不仅能够粘附于组织，而且能够防止动物的纤维化。然而，当他们测试两种商业可获得的组织粘合剂时，它们并没有同样的抗纤维化效果。这是因为这些粘合剂最终与组织分离，导致免疫系统的攻击。
在另一个实验中，研究人员用水凝胶粘合剂涂覆植入物，然后将它们浸泡在一种能够去除聚合物粘合特性的溶液中，同时保持其化学结构完整。当植入体内并由缝合线固定时，发生了纤维性瘢痕形成。研究人员建议，粘合剂与组织的相互作用可能防止免疫系统的攻击。根据赵的说法，以前的研究主要集中在免疫学的化学和生物化学上，但力学和物理的作用不应被忽视。他计划进一步研究这些机械信号如何影响免疫系统。赵、Yuk和其他人创立了一家名为SanaHeal的公司，专注于推进医学用组织粘合剂。该团队渴望与社区分享他们的发现，并激发人们对其研究潜在应用的推测和好奇。有许多情景中，人们可能希望与体内的外来或人造材料互动，例如植入设备、药物库或细胞库。该研究获得了来自美国国立卫生研究院和国家科学基金会的资助。
