Nature：为植入医疗设备穿上“隐身衣”，赵选贺团队利用水凝胶防止设备植入后产生纤维化疤痕

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

像心脏起搏器这样的医疗设备在植入体内后，通常会引发免疫反应，导致植入部位周围形成疤痕组织，这种纤维化的疤痕组织可能会干扰设备的功能，导致不得不将植入设备移除。

2024年5月22日，麻省理工学院赵选贺教授团队（吴晶晶博士为第一作者）在Nature 期刊发表了题为：Adhesive anti-fibrotic interfaces on diverse organs 的研究论文。

该研究开发了一种水凝胶黏合剂，将其作为涂层可将医疗植入设备与周围组织黏合在一起，防止免疫系统攻击，从而防止医疗植入设备在周围组织形成纤维化疤痕，进而延长此类设备的使用寿命。这项研究为长期抗纤维化植入物-组织界面提供了一种有前途的策略，并为未来的研究提供了有关植入物-组织相互作用的宝贵见解。

论文通讯作者赵选贺教授表示，许多研究团队和公司的梦想是将某种医疗装置植入体内后在长期时间里身体不察觉到它的存在，从而长期提供治疗或诊断功能。现在我们开发了一种“隐身衣”，而且它的应用范围很广，它不需要药物，也不需要特殊的聚合物。

在这项研究中，赵选贺团队使用的是一种由交联聚合物制成的水凝胶，这与他们之前开发的一种用于快速修复胃肠道伤口的水凝胶胶带类似。研究团队发现，其他类型的水凝胶也可以防止纤维化，这种方法不仅可以用于起搏器，还可以用于保护传感器或递送药物或细胞疗法的设备。

近年来，赵选贺实验室开发了多种医疗应用的黏合剂，包括可用于缝合伤口或内部损伤的双面胶和单面胶。这些包含吸水材料聚丙烯酸的黏合剂通过快速吸收湿组织中的水分来发挥作用，一旦水分被清除，嵌入聚丙烯酸中的化学基团——NHS酯与组织表面的蛋白质形成牢固的结合，这一过程仅需5秒钟。

几年前，赵选贺实验室研究这种水凝胶是否也能帮助固定医疗植入物并防止纤维化发生。为了测试这一想法，研究团队将聚氨酯设备上涂上这种水凝胶，并将其植入大鼠的腹壁、结肠、胃、肺或心脏。几周后，他们取出了装置，发现没有出现纤维化疤痕组织。其他动物模型的测试也显示了同样的结果，凡是植入了具有水凝胶涂层的设备之处，在长达三个月的时间内都没有发生纤维化。

研究团队利用RNA测序和荧光成像技术分析了植入设备后的免疫反应，发现当带有水凝胶涂层的设备首次植入时，中性粒细胞等免疫细胞开始侵入该区域，但这些攻击很快被遏制，在任何纤维化疤痕组织形成之前就消失了。

对于这些植入设备来说，由于它是一种异物，所以会产生急性炎症反应，但这种炎症反应会很快消退，也就不会有纤维化疤痕组织形成。

这种水凝胶的一种潜在应用可能是作为心外膜起搏器的涂层，接触心脏的导线往往会纤维化，但研究团队发现，当他们在大鼠体内植入涂有这种水凝胶的导线时，这些导线至少可以保持功能三个月，并且没有形成纤维化疤痕组织。

此外，研究团队还在植入设备上涂上水凝胶黏合剂，然后将其浸泡在一种溶液中以去除其黏合性能，但保持其整体化学结构不变。在植入体内并固定住，出现了纤维化疤痕，这表明这种水凝胶黏合剂与组织之间的机械相互作用可能阻止了免疫系统的攻击。

多种动物模型中的黏合剂抗纤维化界面

赵选贺教授表示，以往的免疫学研究主要集中在化学和生物化学方面，但机械学和物理学也可能扮演着同等重要的角色，我们应该关注免疫反应中的机械和物理线索，实验室正计划进一步研究这些机械线索如何影响免疫系统。

论文第一作者吴晶晶博士表示，这项研究找到了一种非常通用的策略，不仅适用于一种动物模型、一种器官或一种应用，在所有这些动物模型中都获得了一致、可重复的结果，而没有观察到明显的纤维化。

共同通讯作者Hyunwoo Yuk（左）、第一作者吴晶晶（中）、共同通讯作者赵选贺（右）

值得一提的是，赵选贺教授等人已经成立一家名为SanaHeal 的公司，致力于开发下一代生物黏合剂，以解决世界上最棘手的一些健康问题。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07426-9