組織粘合劑在傷口中的應用

上海生物醫(yī)學工程研究中心(上海 201201)

0.前言

多年以來，外科傷口的處理方法主要是縫合法，有絲線縫合或可吸收線皮內縫合，但這些傳統(tǒng)的手術縫合，不僅需要麻醉縫合，屢次換藥拆線，另外還要清洗器械，操作費時，病人痛苦。若傷口處理不好，會出現傷口感染、增生、裂開、愈合時間長，甚至會化膿、壞死和不愈合等嚴重后果，且這種傷口處理方法術后留有明顯瘢痕。

隨著醫(yī)學的進步，臨床上對手術技術和輔助材料效果的要求越來越高?，F代醫(yī)學的理念是最大限度地減少病人的痛苦，最快速度地讓病人康復，且在最大程度恢復功能的同時，希望外觀也能完美恢復。因此，臨床需求的不斷增加推動了組織粘合劑研究的發(fā)展和應用。

組織粘合劑的使用歷史悠久，但直到上世紀五六十年代才得到迅速的發(fā)展。1959年Eastman 910 快速粘合劑在美國問世，這種以α-氰基丙烯酸甲酯為主體的組織粘合劑的出現，實現了外科手術由縫扎到直接粘合的大革命[1]。近年來，組織粘合劑的發(fā)展更為迅速，逐步出現了品種多元、功能專一的系列產品，在醫(yī)療上作為皮膚、血管、臟器和止血粘合材料的應用也越來越廣泛[2]。

1.組織粘合劑的分類

組織粘合劑按材料性質可分為化學粘合劑和 生物粘合劑?；瘜W粘合劑有氰基丙烯酸酯類粘合劑、琥珀酰亞胺酯類粘合劑、聚氨酯類粘合劑、有機硅系粘合劑等。生物粘合劑有纖維蛋白粘合劑、貽貝粘蛋白粘合劑等。

理想的組織粘合劑應具備以下性質[3]：

（1）安全、可靠、無毒、無三致（致癌、致畸、致突變）；

（2）具有良好的生物相容性，不妨礙人體組織的自身愈合；

（3）無菌且可在一定時期內保持無菌；

（4）在有血液和組織液的條件下可以使用；

（5）在常溫、常壓下可以實現快速粘合；

（6）具有良好的粘合強度及持久性，粘合部分具有一定的彈性和韌性；

（7）在使用過程中對人體組織無刺激性；

（8）達到使用效果后能逐漸降解、吸收、代謝；

（9）具有良好的使用狀態(tài)并易于保存。

2.α-氰基丙烯酸酯類粘合劑

我國自上世紀60年代開始研究應用α-氰基丙烯酸酯，70年代后相繼開發(fā)了性能優(yōu)異的同系列產品，如α-氰基丙烯酸正丁酯、異丁酯、正辛酯及改性的各類粘合劑[4]。曾國蓉等合成了α-氰基丙烯酸1,2 異丙叉甘油酯，并經臨床觀察證明有良好的止血效果[5]。

近年來，該類膠的發(fā)展更為迅速，應用更為普遍，種類更多，功能更優(yōu)異，目前已廣泛應用于婦科、腹腔科、整形外科、神經科、泌尿生殖外科、血管科、胸外科等，取得顯著的臨床效果。

2.1 粘接原理

α-氰基丙烯酸酯的結構式：

其中R 為1-16 個碳原子的直鏈或帶支鏈的烷基、芳基、烷氧基、環(huán)烷基等。單體結構中，碳原子位置上連接著極性基團：-CN、-COOR，該類基團產生誘導效應，使β 位的碳原子有很強的吸電性，在弱鹽極性物質如水（濕氣）、醇等存在下，迅速發(fā)生陰離子聚合，能在瞬間發(fā)揮強粘接作用，其過程如圖1 所示[6]。

圖1.α-氰基丙烯酸酯的粘接過程

該類粘合劑在生物體組織上聚合最快，因為蛋白質是生物體中各種細胞的基礎物質，是氨基酸的線型聚合物，這類有機胺是α-氰基丙烯酸酯單體聚合的催化劑，在常溫下即可快速固化，而且體內的水分可加速這種固化反應，因此，α-氰基丙烯酸酯類粘合劑具備了迅速膠接生物組織的特殊結構。

2.2 基本特點

2.2.1 理化特性

（1）使用方便。α-氰基丙烯酸酯類粘合劑是單組分液態(tài)無溶劑，可室溫快速固化，固化時間為6～15s，被粘接表面不需要特殊處理，固化后無色透明，外觀美觀。

（2）具備與天然組織相適應的物理性能，化學性能穩(wěn)定，不降解出有害物質。

（3）良好的生物相容性，即力學相容性和組織相容性。

（4）缺點：存在對活體組織的貽誤反應，妨礙組織愈合；粘接部位彈性差，固化物柔軟；儲存期短，易發(fā)生凝固。

2.2.2 生物學特性[7]

（1）無菌。該類粘合劑本身無菌，對11 種細菌具有抑菌作用。

（2）無毒。該類粘合劑固化時產生的聚合熱僅為2.1 J，因而對局部組織的刺激很小，其動物毒理實驗顯示屬無毒級，致癌、致畸及致突變實驗和細菌培養(yǎng)均為陰性，成人急性毒性試驗結果為LD50>13 g/kg，屬實際無毒級，無致癌、致畸性。

（3）能在體內分解、排泄，無毒性累積。

2.3 臨床應用

目前臨床上用的主要是α-氰基丙烯酸丁酯和α-氰基丙烯酸辛酯，它們具有代替縫線、粘接固定、迅速止血、栓塞堵漏等重要作用，解決了許多傳統(tǒng)手術方法所不能及的問題。

2.3.1 替代手術縫線

組織粘合劑的出現為組織修復提供了一種新的方法，有傳統(tǒng)手術縫線無法比擬的優(yōu)點。另外，α-氰基丙烯酸酯類粘合劑補充和拓展了清創(chuàng)術的概念，在清創(chuàng)手術中用α-氰基丙烯酸酯類粘合劑代替縫合，可以有效利用該粘合劑的抗菌作用，避免術后縫線排斥反應，因而在皮膚挫（撕）裂傷處理方面具有感染率低、不需拆線、術后瘢痕小等優(yōu)點。

2.3.2 快速止血

由于α-氰基丙烯酸酯具有快速凝固的特性，臨床上可以將其用于快速止血。以α-氰基丙烯酸辛酯為主要成分的鼻止血粘合劑，可作為鼻出血的首選止血藥，與傳統(tǒng)燒灼止血法相比，具有快速、高效、安全、方便等優(yōu)點。

2.3.3 粘接固定

α-氰基丙烯酸正辛酯粘合劑具有較大的生物力學強度，可以在手術中起到粘接固定的作用。另外，由于α-氰基丙烯酸酯類膠粘劑本身有抑菌功能，且固化速度快，因此在粘接固定時還有抑制感染，及時封閉感染入口，加速傷口愈合的優(yōu)點[8]。

2.3.4 栓塞堵漏

α-氰基丙烯酸酯類粘合劑具有與血液和組織液迅速凝固的特點，因此常用來做各種漏口的栓塞劑，α-氰基丙烯酸正丁酯在這一功能上應用最多。

3.琥珀酰亞胺酯類粘合劑

黏附到生物組織的材料在許多外科或其他治療應用中的用途引人關注，但目前使用的大部分制劑有很多缺點，如黏度低，使用時可能蔓延到其他區(qū)域，很難精確地應用到所希望的組織區(qū)域；若黏度太高，則又會出現難以配藥的情況。琥珀酰亞胺酯類粘合劑可做成不同的形狀，能有效地結合到組織表面，有優(yōu)良的初始粘合力，且在較長時間內能保持對組織良好的粘合。

3.1 作用原理

如圖2 所示，N-羥基琥珀酰亞胺官能化的聚合物與含胺物質（R-NH2）的組織蛋白反應，該反應在聚合物和組織蛋白之間形成酰胺鍵的親核取代[9]。

其分步的反應如圖3（a）、（b）、（c）所示，其中圖3（a）中的1 表示通過靜電相互作用的初始粘性羧酸，2 表示共價化學鍵羧酸，3 表示組織表面富含胺和其他親核功能的蛋白質。

圖3（b）中的4 表示通過溫和的壓力，使粘合劑與組織表面很好地貼合。

圖3（c）中的5 表示粘合劑與組織表面之間迅速形成酰胺鍵，6 表示粘合劑與組織表面粘合后形成密封層，可防止空氣、血液或其他液體泄漏而入。

3.2 基本特點

琥珀酰亞胺酯類粘合劑制成的片對組織表面的初始粘合是由于片和組織表面間的范德華力、氫鍵結合而致。粘合劑片與組織表面接觸后，片變成水合的，引發(fā)反應，即琥珀酰亞胺酯的反應性官能團和組織表面的胺基反應形成的高度粘合力。

圖2.琥珀酰亞胺酯與組織蛋白的反應

由于與組織表面接觸時以及接觸后被水合前，粘合劑片基本上是無活性的，因此不會發(fā)生過早反應的傾向，可以存放較長的時間，即有效期較長。

3.3 臨床應用

此種粘合材料可應用到身體的內表面和外表面，即可以局部應用到身體外部，如皮膚，或局部應用到身體內部表面，如常規(guī)手術和微創(chuàng)手術的外科手術過程中被裸露的內部器官的表面。外科手術的應用主要有腦、心血管科，普通外科，泌尿科，矯形術，神經學，胃腸病學，眼科，婦產科等，以下簡單介紹幾種應用領域。

圖3.琥珀酰亞胺酯與組織表面之間的粘接原理

3.3.1 止血和傷口愈合

該種聚合物可固定蛋白質，應用到出血區(qū)域可促進止血，并在內部過程和局部過程中支持和促進傷口愈合，其原因為降解的聚合物成纖維細胞移入且沉積細胞外基質的組分，因此可作為內部敷料或外部敷料。此外，可加入生長因子和cAMP 的促進皮膚細胞增殖的因子來輔助愈合過程，從而能達到較完美的效果。

3.3.2 封閉大區(qū)域的組織

該粘合材料有優(yōu)良的封閉性能、操縱性能、自粘合性能以及可覆蓋大表面區(qū)域的性能，可用于封閉被切除的組織表面，尤其是那些擴散出血成問題的被切除的組織表面，如肝。

3.3.3 預防術后粘連

術后粘連在手術中是個嚴重的問題，可引起嚴重的術后并發(fā)癥，如在腸道手術中可發(fā)生腸扭轉，需進一步外科手術。若將此種粘合劑用在外科手術過程中暴露的組織中，能有效地預防組織與鄰近組織間的術后粘連。

3.3.4 微創(chuàng)操作

用于通過活組織檢查獲得組織樣品、插入裝置、遞送治療劑和進行外科手術操作的微創(chuàng)技術正在逐步替代傳統(tǒng)的“開放”外科手術。一般地，微創(chuàng)操作可減輕患者的疼痛，使結疤、恢復較快以及較少的術后并發(fā)癥，同時也使醫(yī)療費用減少。此類粘合劑可制成適當的尺寸和結構，用現有的和特別設計的微創(chuàng)外科手術儀器、套針系統(tǒng)將一定形狀的粘合劑引入身體內進行操作，其粘合劑對組織良好的初始接觸粘合力能更好地進行微創(chuàng)操作。

4.纖維蛋白粘合劑

纖維蛋白粘合劑是一種生物蛋白制劑，最早用于傷口止血。到20世紀70年代，Matras 首次采用冷沉淀技術提取了高濃度纖維蛋白原和凝血因子制成了高強度的粘合劑，標志著第一個纖維蛋白粘合劑商品的問世。之后，人們進行了大量的實驗和臨床應用研究，使這種兼具止血、覆蓋創(chuàng)面和粘合組織功能的醫(yī)用制劑迅速普及，現已在歐美、日本等國的外科領域得到廣泛應用，目前國內也有多種產品。

4.1 作用原理

纖維蛋白粘合劑主要由3 種成分組成：纖維蛋白原、活性溶液、抗纖溶劑。其中纖維蛋白原為主要成分，存在于血漿中，它是分子量為340KD 的生物大分子，由3 對肽鏈組成，分別為Aα2、Bβ2、γ2；肽鏈的氨基端可以分別水解下一個酸性多肽，促使纖維蛋白原轉變成纖維蛋白單體。單休間由于負電荷減少，可以自發(fā)聚集成無共價鍵相連的多聚體，并可以在Ca2+的存在下激活活性溶液包含的X Ⅲ因子，催化相互接近的單體間2 條γ 鏈的谷氨酰胺殘基和賴氨酸的ε-氨基形成共價鍵，最終形成穩(wěn)定的纖維蛋白多聚體；抗纖溶劑中的抑肽酶可以抑制或減緩纖維蛋白溶酶原（纖溶酶）對凝塊的降解[10]。

纖維蛋白粘合劑在使用過程中各組分一經混合，在Ca2+存在下會發(fā)生血凝的最后階段反應，以凝血酶激活纖維蛋白原形成不溶性纖維蛋白凝塊，該凝塊可以把創(chuàng)口牢固地粘合在一起，起到防水、止血和促進愈合的作用。

4.2 基本特點

與化學合成粘合劑相比，血漿來源的纖維蛋白粘合劑具有良好的生物相容性及生物降解性，不易引起炎癥、異物反應、組織壞死或廣泛的纖維變性，使用后形成的纖維蛋白凝塊可在數天或數周內被吸收。它還可以促進血管的生長和形成以及局部組織的生長和修復。

纖維蛋白粘合劑是一種利用二次止血原理的止血劑，粘合效果不受血小板減少等血液凝固障礙的影響，不僅可以粘接創(chuàng)面、止血，還可促進創(chuàng)傷愈合；本身是液體，可適用于凹凸不平和深度創(chuàng)傷，組織親和性好，無毒、無“三致”危險。

4.3 臨床應用

纖維蛋白粘合劑因具有良好的生物相容性、可降解性，且止血效果好，已經在普通外科、骨科、心血管外科、腦外科等眾多科室應用并取得了良好的效果。

4.3.1 止血

纖維蛋白粘合劑為創(chuàng)面止血藥物，是根據血液的凝固機制研制而成，20世紀80年代初應用于臨床。30 多年來通過對其作用原理、組織病理學、藥效學、臨床應用等多方面的研究，已肯定了它的療效和安全性，在國內外的醫(yī)學臨床應用中越來越普遍。與明膠綿止血相比，纖維蛋白粘合劑的止血作用不依賴機體的凝血因子，止血效果更理想[11]。

4.3.2 封閉缺損

在腭裂修復術中采用生物蛋白粘合劑封閉松弛切口，與傳統(tǒng)的用碘仿紗條封閉松弛切口的方法相比，有更好的臨床效果。手術縫合后將纖維蛋白膠噴灑在縫合處，可形成一層凝膠薄膜。這層薄膜能封閉針孔和小的滲漏，并且可在創(chuàng)面表面形成纖維蛋白網狀結構，直接封閉缺損組織，并以纖維蛋白網為基質，有利于成組織細胞和毛細血管內皮細胞增生形成肉芽而達到促進愈合的作用。

4.3.3 防止粘連

纖維蛋白封閉劑可預防術后硬膜外粘連，并具有可靠的中長期防粘連效果。近年來，眾多實驗證實了纖維蛋白粘合劑符合三維粘連材料的要求，并兼有抗炎止血作用。

4.3.4 促進愈合

應用醫(yī)用生物蛋白粘合劑可有效地減少術后創(chuàng)面滲液，有利于皮瓣愈合。

5.貽貝粘蛋白粘合劑

海洋生物與海洋巖石間的粘接，是通過海洋生物所分泌的一種粘性物質實現的，這種粘性物質的主要成分是蛋白質和多糖，呈液態(tài)或粘彈態(tài)，有利于與不規(guī)則表面形成強結合力。

貽貝粘蛋白粘合劑是在海洋藍貽貝中發(fā)現的一種具有特殊粘性的多元酚蛋白，其粘接強度很高，幾乎可以粘住海洋環(huán)境中的所有物體，包括極堅硬的動物牙齒，且能在水中發(fā)揮作用，具有優(yōu)良的防水性能。

5.1 作用原理

多酚蛋白是一種分子量為130KD 的堿性蛋白質，其中含羥基的氨基酸高達60%～70%；脯氨酸殘基大部分也經翻譯后經羥化修飾，而以3-或4-脯氨酸形式存在。

現已證明羥脯氨酸能穩(wěn)定多酚蛋白之間及其與膠原分子間的相互作用，而由酪氨酸羥化生成的多巴，對貽貝粘蛋白粘合劑的防水性粘合及其內聚力起關鍵作用，這是因為后者的苯酚基團不但具有很強的金屬螯合能力，可在材料表面形成不可逆的有機金屬絡合物，還與蛋白質等極性聚合物間形成很強的氫鍵結合[12]。

此外，在足絲膠固化過程中，部分多巴殘基氧化生成鄰位二醌，通過Micheal 加成反應與賴氨酸和半胱氨酸之間產生共價交聯，進一步增加了它的內聚力，從而產生強有力的粘合。

5.2 應用[13]

目前主要在基因工程領域應用，為了獲得足夠的貽貝粘蛋白粘合劑，滿足醫(yī)學上的需要，美國Genex 公司的科研人員利用基因工程技術，成功地在微生物反應系統(tǒng)中生產出了貽貝粘蛋白粘合劑。他們通過Mytilusedulis 酚腺中攝取的mRNA，構建了多酚蛋白的cDNA 文庫，然后克隆進入質粒運載體，最后在酵母中表達出來。結果表明，在為表達貽貝粘蛋白粘合劑所構建的酵母——大腸桿菌穿梭載體中， 外源的重復基因在宿主中非常穩(wěn)定，并能良好地表達出來。

6.結束語

目前的研究表明，各種單一的組織粘合劑或多或少存在著力學特性或生物學特性方面的不足。展望未來合成工藝的改進，無毒性氰基丙烯酸酯類粘合劑的問世，將大幅擴大其使用范圍。琥珀酰亞胺酯類粘合劑的粘結強度和柔軟度若能較好地改善，其應用范圍將更加廣泛。纖維蛋白粘合劑具有良好的生物相容性及生物降解性，可以促進局部組織的生長和修復，不易引起炎癥、異物反應、組織壞死或廣泛的纖維變性，使用后在數天或數周內被吸收?；蚬こ碳夹g的發(fā)展，為貽貝粘蛋白粘合劑的研究和生產開辟了嶄新的天地，利用微生物反應系統(tǒng)，不但可以生產各種不同的粘性蛋白，還可將不同粘蛋白的基因重組在一起，以改良其粘合性能。組織粘合劑的大力開發(fā)、研究和應用，將在醫(yī)學領域發(fā)揮舉足輕重的作用，令人期待。

[1]Carton C.A.,Kessler L.A.,Seidenberg B,Hurwitt E.S.Experimental Studies in surgery of small blood vessels.Ⅱ.Patching of ateriotomy using a plastic adhesive.Journal of Neurosury,1960,18,188.

[2]Pfister W.R.Silicone PS AS offer flexibility for medical,pharmaceutical use.Adhesives Age,1990,33(2),2.

[3]Guehennec L.E.,Layrolle P.,Daculsi G.A review of bioceramics and fibrin sealant.Journal of Eur Cell Mater,2004,8,1.

[4]夏毅然，徐永祥，劉文冰等.醫(yī)用粘合劑的研究及應用進展[J]化工新型材料，2003,31(4),9.

[5]曾國蓉,馮地旺,鄧德賢,等.新型醫(yī)用粘合劑：α-氰基丙烯酸1,2 異丙叉甘油酯的合成[J]中國膠粘劑,1993,2(1),20.

[6]Kailasnath P.,Chaloupka J.C.Quantitative assessment of polymerization-binding mechanics of cyanoacrylates:model development and validation.AJNR Am J Neuroradiol,2002,23(5),772.

[7]王艷紅,顧漢卿.醫(yī)用粘合劑的發(fā)展和臨床應用進展[J]透析與人工器官,2008,19(3),23.

[8]Aksoy M.,Turnadere E.,Ayalp K.,er al.Cyanocarylate for wound closure in prosthetic vascular graft surgery to prevent infections through contamination.Journal of Surgery Today,2006,36(1),52.

[9]發(fā)明專利 200780004294.3.

[10]Lee M.G.,Jones D.Applications of fibrin sealant in surgery.Journal of Surgery lnnovation,2005,12(3),203.

[11]Clark R.A.Fibrin sealant in wound repair:a systematic survey of the literature.Expert Opinion Investigational Drugs,2000,9(10),2371.

[12]周坤,史忠.急診醫(yī)療中醫(yī)用粘合劑的研究進展[J]現代生物學進展,2007,7(9),1408.

[13]秦應祥,趙敏.組織粘合劑在眼科中的應用[J]國際眼科雜志,2004,4(4),690.