一個(gè)瘦小的早產(chǎn)女?huà)胝�在和死神做斗�?zhēng)。醫(yī)生戴著白色的乳膠手套，托起她的身子。她的身體只有手掌末端到指尖那么長(zhǎng)。她的腦袋靠在醫(yī)生的手腕上，腿掛在醫(yī)生的指尖上。她的胳膊上一塊紅一塊白，插著輸液管，只有一根手指那么長(zhǎng)。但是她的肚子卻夸張地鼓了起來(lái)，跟她的瘦小身材完全不成比例。你能透過(guò)她的皮膚，看見(jiàn)盤(pán)根錯(cuò)節(jié)的小腸。

　　美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校的外科醫(yī)生邁克爾·哈里森(Michael Harrison)用這令人痛心的畫(huà)面強(qiáng)調(diào)了胎兒介入手術(shù)可能帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，而他正是這種技術(shù)的開(kāi)創(chuàng)者。在某些特別危急的情況下，哈里森和其他醫(yī)生不得不在胎兒還沒(méi)離開(kāi)子宮時(shí)進(jìn)行手術(shù)，但這也要用風(fēng)險(xiǎn)去交換。要想完成手術(shù)，哈里森需要把狹長(zhǎng)的儀器穿進(jìn)保護(hù)胎兒的羊膜囊。但是，這可能會(huì)使羊膜囊破裂，導(dǎo)致胎兒早產(chǎn)，甚至死亡。

　　“這是一個(gè)可怕的未解難題，” 哈里森說(shuō)。因此，他致力于研發(fā)粘合新材料，防止胎膜被手術(shù)破壞。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，他與好幾位美國(guó)化學(xué)家展開(kāi)了合作，比如加州理工大學(xué)的羅伯特·格拉伯斯(Robert Grubbs)和加州大學(xué)伯克利分校的菲利普·梅瑟史密斯(Phillip Messersmith)。“如果我們能預(yù)先提高胎膜的密封性，就可以在不造成泄漏的情況下把醫(yī)療器械穿進(jìn)去了”，他說(shuō)。

　　醫(yī)生和研究者們希望用“預(yù)密封”的方式避免介入手術(shù)對(duì)胎膜的破壞：首先在胎膜和子宮之間小心地?fù)纹鹨恍�塊縫隙，然后注入液態(tài)的密封膠水，再開(kāi)始穿透胎膜的介入操作。圖片來(lái)自：news.berkeley.edu

　　研發(fā)這種密封膠相當(dāng)困難，如果你曾在洗手臺(tái)洗掉過(guò)手指上的創(chuàng)可貼，就能明白其中的一個(gè)原因——水是很多常用粘合劑的天敵。小小的水分子溜進(jìn)聚合物長(zhǎng)鏈組成的網(wǎng)絡(luò)，擠進(jìn)粘合劑與被粘合的表面之間。一旦進(jìn)了水，水就會(huì)讓粘合劑膨脹起來(lái)，改變它們的特性，把它們的結(jié)構(gòu)逐漸破壞。而就像我們身體里其他很多用得上粘合劑的地方一樣，羊膜囊里滿(mǎn)是水樣的體液。

　　羊膜囊里充滿(mǎn)羊水，而水是很多常用粘合劑的大敵。圖片來(lái)自：pregmed.org

　　正因?yàn)槿绱耍�化學(xué)家一直在努力尋找能克服液體影響的粘合劑。他們中有的人從大自然汲取靈感，另一些人則發(fā)明了用電控制的新型粘合劑。但是要想獲得最終的成功，他們不但要證明自己的醫(yī)用膠水確實(shí)有效，而且還必須保證它們對(duì)人體足夠安全，而且就算在極端狹窄的地方也依然派得上用場(chǎng)。

　　尋找醫(yī)用膠水

　　現(xiàn)在，市場(chǎng)上已經(jīng)有了一些手術(shù)用粘合劑和密封劑，它們主要用于止血。在這些醫(yī)用膠水中，60%都是生物粘合劑，比如纖維蛋白膠(fibrin glue)。這種粘合劑使用了從血漿中分離的纖維蛋白原，并用凝血酶將其轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維蛋白，形成凝塊。這些凝塊有一定粘性，但它們不會(huì)形成牢固的聯(lián)結(jié)，而且48小時(shí)內(nèi)就會(huì)被降解。纖維蛋白膠的原料必須來(lái)自人的血液，這也限制了它的應(yīng)用。而在人工粘合劑中，類(lèi)似強(qiáng)力膠的氰基丙烯酸酯聚合物至少?gòu)脑侥蠎?zhàn)爭(zhēng)時(shí)期就開(kāi)始用于醫(yī)療了。然而，這些膠水主要用來(lái)從體外粘合皮膚，因?yàn)樗鼈兊慕到鈺?huì)產(chǎn)生有毒的甲醛，而且如果持續(xù)接觸水，粘合性也會(huì)減弱。

　　502 萬(wàn)能膠的一些“親戚”們?cè)卺t(yī)療上也有應(yīng)用，但它們還不能滿(mǎn)足全部需求。圖片來(lái)自：glustitch.skinstitch.com

　　上世紀(jì)九十年代初，英國(guó)拉夫堡大學(xué)的大衛(wèi)·曼德利(David Mandley)提出了一種創(chuàng)新的辦法。他分析了幾種特殊的材料，它們會(huì)在光的作用下產(chǎn)生粘合性。這項(xiàng)研究得到了英國(guó)Tissuemed公司的資助，而曼德利現(xiàn)在就是這家公司的首席執(zhí)行官。不過(guò)這家公司意識(shí)到，你只可能在人體內(nèi)部照亮小范圍的區(qū)域，因此他們放棄了用光固化材料制作粘合劑，轉(zhuǎn)而打造了更大的產(chǎn)品——也就是在2007年上市的組織補(bǔ)片“TissuePatch”。它用來(lái)封閉肺部的漏氣，以及在神經(jīng)外科手術(shù)之后，用來(lái)封好包裹大腦和脊椎的硬膜。

　　“我們經(jīng)常把它稱(chēng)為‘手術(shù)保鮮膜’，” 曼德利解釋說(shuō)。補(bǔ)片上面是沒(méi)有粘性的阻隔層，底下則是該公司研發(fā)的粘合劑，它是乙烯替吡咯烷酮(PVP)和丙烯酸(PAA)組成的共聚物，后者還用一種名為N-羥基琥珀酼亞胺(NHS)的物質(zhì)進(jìn)行了“活化”。一開(kāi)始，PVP和PAA提供初步粘性，接下來(lái)，N-羥基琥珀酼亞胺會(huì)與組織表面的蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成共價(jià)鍵，這樣補(bǔ)片就可以得到持久固定。植入后，患者體內(nèi)的水分和酶會(huì)將補(bǔ)片逐漸降解。表面的阻隔層會(huì)在12周內(nèi)消失不見(jiàn)，粘接層堅(jiān)持得更久些，但最終也會(huì)分解。

　　這種補(bǔ)片更適合“有點(diǎn)潮濕”，而不是“濕噠噠”的環(huán)境。在很濕的環(huán)境里，需求還無(wú)法得到滿(mǎn)足。曼德利強(qiáng)調(diào)，要制造一種能進(jìn)入人體、在體內(nèi)降解的醫(yī)療產(chǎn)品，而且還要滿(mǎn)足這樣的需求，這不僅是物理學(xué)和化學(xué)的問(wèn)題，而且也要面臨政府審批的挑戰(zhàn)。

　　美國(guó)北卡羅來(lái)納州的Cohera Medical公司成功通過(guò)了審查。他們提供一種聚氨酯粘合劑，它可以讓水成為盟友，而不是敵人。在水的作用下，異氰酸酯結(jié)構(gòu)單元會(huì)彼此產(chǎn)生共價(jià)連接，并且粘合附近的組織。不過(guò)，傳統(tǒng)的聚氨酯并不適合醫(yī)療用途：在它分解時(shí)會(huì)生成甲苯二胺，這是一種致癌物。

　　而艾瑞克·貝克曼(Eric Beckman)發(fā)現(xiàn)了比現(xiàn)有聚氨酯更安全的替代材料。他研發(fā)了一種能在分解之后形成賴(lài)氨酸的異氰酸酯，而賴(lài)氨酸是我們體內(nèi)普遍存在的成分。由此誕生的產(chǎn)品就是“TissuGlu”手術(shù)粘合劑。它主要用于腹部整形手術(shù)，用來(lái)粘合大片的組織。外科醫(yī)生會(huì)使用一種槍形的敷抹器來(lái)涂抹這種膠水。它可以撐過(guò)大約3周的傷口愈合期，直到組織自己重建了膠原蛋白聯(lián)結(jié)。

　　用“三頭搶”涂抹的手術(shù)膠水。原視頻來(lái)自：CoheraMedical

　　TissuGlu在2011年獲得了歐盟批準(zhǔn)，又在完成了130人的臨床試驗(yàn)之后，于2015年2月獲得了美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)的許可。Cohera公司還把這種醫(yī)用聚氨酯與硅烷化學(xué)結(jié)合在一起，生產(chǎn)了另一種新產(chǎn)品，它能實(shí)現(xiàn)更快的固化速度，而且不需要用到生物兼容性不好的催化劑。

　　貽貝的力量

　　上述產(chǎn)品可以用來(lái)封閉較大的創(chuàng)口，但卻不適用于哈里森的微創(chuàng)胎兒手術(shù)。他需要遠(yuǎn)比補(bǔ)片和敷抹器更加精細(xì)的工具。

　　哈里森對(duì)精密度的要求，促使他開(kāi)始跟梅瑟史密斯合作。梅瑟史密斯成功地模擬出了幫助貽貝牢牢固定的“絲足蛋白膠”。這些蛋白有很多關(guān)鍵的特征，比如它們的多巴含量非常高。多巴是一種氨基酸，不過(guò)它沒(méi)有在遺傳指令中被直接編碼。它含有兒茶酚基團(tuán)，這些基團(tuán)可以通過(guò)好幾種不同的作用方式粘著在其他物體表面。

　　一只貽貝牢牢地粘在物體表面。圖片來(lái)自：radio-weblogs.com

　　梅瑟史密斯開(kāi)發(fā)出了一種聚乙二醇(PEG)手術(shù)密封劑，鄰苯二酚基團(tuán)的含量很高，適合潮濕環(huán)境。但是，要想實(shí)現(xiàn)粘合的目標(biāo)，醫(yī)生需要在很短時(shí)間里把聚合物和高碘酸鈉充分混合在一起，然后迅速涂抹在需要粘合的部位。而在微創(chuàng)手術(shù)中，這就會(huì)帶來(lái)不小的問(wèn)題。

　　加州大學(xué)伯克利分校的研究者們用雞皮演示靈感來(lái)源于貽貝的組織膠水。原視頻來(lái)自：UC Berkeley

　　“你需要用針頭穿透幾厘米的組織，把兩種溶液送入有限的空間，你還不希望粘合劑跑到其他地方，這明顯是個(gè)挑戰(zhàn)。” 梅瑟史密斯承認(rèn)，“但這也不是沒(méi)辦法解決。”在2013年發(fā)表的一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，比利時(shí)和瑞士的研究者只是分別將這兩種物質(zhì)直接涂到被刺破的兔子胎膜上。這樣簡(jiǎn)單粗暴的辦法把胎兒的存活率從36%一舉提升到了80%。

　　不過(guò)，這方法距離獲批還相當(dāng)遠(yuǎn)，就連梅瑟史密斯自己創(chuàng)立的公司也不愿意從事相關(guān)的研究。“2007年時(shí)，公司的業(yè)務(wù)人員看了這個(gè)計(jì)劃，然后說(shuō)：‘市場(chǎng)太小了。’”他說(shuō)，“投資人希望自己資助的產(chǎn)品能拿到數(shù)十億美元的市場(chǎng)份額。所以，為胎兒手術(shù)研制粘合劑的商業(yè)思路最后無(wú)疾而終。”

　　選擇有限

　　哈里森依然在尋找更合適的密封膠，后來(lái)，他又找到了格拉伯斯的研究團(tuán)隊(duì)。當(dāng)時(shí)，格拉伯斯團(tuán)隊(duì)的一位成員同樣受到了貽貝的啟發(fā)，他在施瓦茨的指導(dǎo)下開(kāi)發(fā)出了一種由兩種成分組成的粘合劑，用來(lái)移除患者眼部的化學(xué)顆粒。

　　梅瑟史密斯也受到了啟發(fā)，開(kāi)始開(kāi)發(fā)新一代粘合劑。他承認(rèn)：“我們能實(shí)現(xiàn)相當(dāng)不錯(cuò)的粘合效果，但是一旦給這個(gè)系統(tǒng)施力，粘合劑自己就會(huì)裂開(kāi)。”為了克服這個(gè)問(wèn)題，他再次把目光投向了貽貝的絲足蛋白網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)富含鐵，通過(guò)鐵離子和兒茶酚的配位作用能夠增加強(qiáng)度。梅瑟史密斯的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)把鐵離子應(yīng)用到了自己的研究上。“它們能強(qiáng)化粘合劑，”他說(shuō)，“如果你拉扯粘合劑，這些配位鍵會(huì)首先斷裂，但在外力消失后它們還會(huì)重新形成。”梅瑟史密斯正在研制不需要混合高碘酸鹽的簡(jiǎn)化配方。他說(shuō)：“我并沒(méi)有放棄雙組份體系，不過(guò)我們確實(shí)覺(jué)得單一成分更加理想。”

　　蝸牛般前進(jìn)

　　而其他一些人已經(jīng)在為充滿(mǎn)液體的微創(chuàng)操作研發(fā)單組分粘合劑了，這其中就包括法國(guó)的Gecko Biomedical公司。

　　他們也從大自然中獲取靈感——但不是壁虎，甚至也不是貽貝。“沙塔蟲(chóng)(Sandcastle worm，Phragmatopoma californica)和蝸牛都擁有出色的粘性物質(zhì)，就算是在最艱難的環(huán)境中，它們也能固定在原處。” 公司的研究領(lǐng)導(dǎo)人瑪麗亞·佩雷拉(Maria Pereira)說(shuō)，這些粘性物質(zhì)中含有疏水成分，可以防水。”

　　這種長(zhǎng)相有些詭異的海洋蠕蟲(chóng)也是人們開(kāi)發(fā)新型醫(yī)療膠水的靈感來(lái)源。圖片來(lái)自：wikipedia

　　這家公司設(shè)計(jì)出了一種藍(lán)光固化的粘合劑，它是用甘油和癸二酸制造的聚合物，這兩種單體在人體內(nèi)都自然存在。在固化之前，這種材料就有疏水性和粘度，可以防止它被體液沖走。佩雷拉說(shuō)：“只有在特定波長(zhǎng)光的作用下，它的粘合作用才會(huì)被激活。因此，醫(yī)生可以在它正確就位之后再啟動(dòng)粘合。”這種名為GB02的組織密封膠預(yù)計(jì)在2016年進(jìn)入臨床試驗(yàn)。新加坡南洋理工大學(xué)的泰瑞·斯蒂爾(Terry Steele)也在研究感光固化的組織粘合劑。不過(guò)，他發(fā)現(xiàn)了另一種更適合在難以觸及的深部區(qū)域使用的固化方式——電。“把光導(dǎo)進(jìn)光纖，再把光纖伸到你需要的地方，這個(gè)操作對(duì)技術(shù)要求很高。”斯蒂爾說(shuō)，“但是，放兩根銅導(dǎo)線就簡(jiǎn)單多了。”

　　現(xiàn)在，這兩種粘合劑都已進(jìn)入動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，研究者正在檢查機(jī)體組織對(duì)它們的反應(yīng)。漫長(zhǎng)的審批意味著距它們真正投入使用(如果真能成功的話)還有很長(zhǎng)一段距離。斯蒂爾感嘆道：“就算我們已經(jīng)找到最完美的材料，到它真正投入市場(chǎng)也至少需要5年時(shí)間，因?yàn)槟阈枰獫M(mǎn)足FDA的所有條件。”

　　不過(guò)，在醫(yī)療需求的推動(dòng)下，越來(lái)越多的新型粘合劑正在慢慢走向市場(chǎng)。梅瑟史密斯覺(jué)得，哈里森的需求“很有吸引力”。“他是一個(gè)可以給他人帶來(lái)靈感的人，也是一個(gè)充滿(mǎn)熱忱的人。”梅瑟史密斯說(shuō)，“這讓我下定決心，爭(zhēng)取到了足夠的資金。我很高興我們最終似乎有了一些成功的跡象。或許還需要好幾年時(shí)間，我們才能取得重大的成果，但至少我們已經(jīng)有了基本的架構(gòu)，以后的路會(huì)變得容易很多。”

　　  編譯來(lái)源：Chemistry World- Joining the injured 科學(xué)人