哈佛大学发明了新方法可以更持久地修复患者的硬脑膜

哈佛大学Wyss生物启发工程研究所、哈佛大学John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的生物工程师、布里格姆妇女医院、俄亥俄州立大学Wexner医学中心和詹姆斯癌症医院的神经外科医生合作开发了一种重新密封硬脑膜的新方案。它使用了一种多功能生物材料，解决了当前修复方法的关键限制，并有可能取代它们。由Wyss研究所创始核心教员和SEAS Robert P. Pinkas家族生物工程教授David Mooney博士领导的研究人员证明，他们的“硬脑膜坚韧粘合剂”(DTA)在体内动物模型和体外人体来源组织的测试中比目前使用的手术密封剂表现更好。

　　

中枢神经系统（CNS）由大脑和脊髓组成，而连接这一系统的三层脑膜中最外层的是硬脑膜（dura）。硬脑膜不仅作为减震器保护中枢神经系统免受伤害，还负责在整个系统中循环营养物质和清除废物。此外，硬脑膜还是一道重要的生物屏障，其内含有的脑脊液包围着所有中枢神经系统组织。因此，无论是自发性损伤、外部创伤还是必要的外科手术，都可能导致脑脊液泄漏，这不仅威胁患者生命，还可能损害神经功能和恢复。

神经外科医生Kyle Wu医学博士，作为新研究的共同第一作者和通讯作者，提出了一种创新的硬脑膜修复方案。他表示：“在手术中，我们通常需要打开硬脑膜以便接触到大脑或脊髓。然而，在某些特定情况下，手术结束时实现硬脑膜的完美密封是非常具有挑战性的。目前我们的选择有限，无论是缝合修复还是移植，如果缺乏可用的组织，或者在微创手术中，这些方法都存在明显的缺陷。现有的外科密封剂在湿组织上的粘附性不佳，且过于脆弱，缺乏有效防止脑脊液泄漏所需的韧性。”

现在，哈佛大学Wyss生物启发工程研究所、哈佛大学John A. Paulson工程与应用科学学院（SEAS）、布里格姆妇女医院、俄亥俄州立大学Wexner医学中心和詹姆斯癌症医院的神经外科医生们合作，开发了一种新的硬脑膜密封方案。这一方案使用了一种多功能生物材料，克服了当前修复方法的关键限制，并有潜力取代它们。由Wyss研究所创始核心教员和SEAS的Robert P. Pinkas家族生物工程教授David Mooney博士领导的团队，证明了他们的“硬脑膜坚韧粘合剂”（DTA）在动物模型和人体组织测试中的表现优于现有的手术密封剂。研究成果已发表在《Science Translational Medicine》杂志上。

DTA的开发灵感来源于大自然。大约十年前，Mooney教授的团队在设计具有独特机械特性的水凝胶方面积累了专业知识。他们在自然界中寻找能够启发他们找到新方法来密封和再生身体受伤组织的生物。他们发现了一种名为“暗翼蛞蝓”（Arion subfuscus）的蛞蝓，它能分泌一种特殊的粘液，快速将自己粘附在各种表面上，以防止被捕食者撬开。

研究小组通过模仿这种蛞蝓粘液的特性，开发了一种由两种聚合物网络组成的水凝胶：一种是永久交联的丙烯酰胺分子网络，提供高度弹性；另一种是可逆交联的海藻酸盐分子网络，能够分散底层组织中的机械力。结合壳聚糖（一种从贝类外骨骼中提取的纤维性糖基物质）制成的高粘附层，这种复合韧性粘合剂（TA）水凝胶能够通过多种化学相互作用与液体覆盖的表面粘合，形成紧密的密封。

该团队证明，DTA的成分遵循TA的基本配方，具有优于现有手术密封剂的修复功能。在体外研究中，DTA在猪硬脑膜上的粘附力更强，能够承受更高的压力，而不会失效。这一优越的机械强度对于硬脑膜修复至关重要，因为颅内压可能因脑肿瘤、中风、创伤、特发性颅内高压和脑积水等情况而升高。

在体内实验中，DTA在大鼠硬脑膜上保持结构完整，至少四周内完全生物相容，引起的刺激极小。在使用人体尸体组织进行测试时，DTA也展现出了相同的优势。研究小组还成功地在猪脊髓周围的硬脑膜囊撕裂模型中，使用DTA贴片进行了密封。通过增加脊髓内的液体压力，模拟了许多神经外科医生在手术结束时用来测试硬脑膜修复完整性的生理操作。结果表明，DTA修复的切口即使在轻微增加的流体压力下也没有出现泄漏，而商业脊柱密封剂DuraSeal修复的切口在40%的病例中开始泄漏。即使在比体内高得多的流体压力下，DTA也能有效抵抗泄漏。

这项研究为神经外科医生提供了新的视角，未来可能促进各种手术干预，降低患者风险。同时，它也强调了生物材料设计的进步，如Tough Adhesive平台，可能影响再生医学的多个领域。

A tough bioadhesive hydrogel supports sutureless sealing of the dural membrane in porcine and ex vivo human tissue