麻省理工学院工程师创造可以输送药物或感知炎症的“智能缝合线”

受数千年前开发的缝合线的启发，麻省理工学院的工程师设计了“智能”缝合线，不仅可以将组织固定到位，还可以检测炎症并释放药物。新缝合线源自动物组织，类似于古罗马人最先使用的“羊肠线”缝合线。 麻省理工学院的团队以一种现代的方式在缝合线上涂上水凝胶，水凝胶可以嵌入传感器、药物，甚至是释放治疗分子的细胞。

“我们拥有的是一种生物衍生的缝合线，并用水凝胶涂层进行了修饰，该涂层能够成为炎症传感器或用于治疗炎症的单克隆抗体等药物的储存库。 值得注意的是，这种涂层还能够保留长时间存活的细胞。”

研究人员设想，这些缝合线可以帮助克罗恩病患者在手术切除部分肠道后痊愈。 研究人员说，缝合线还可以用于治疗身体其他部位的伤口或手术切口。

前麻省理工学院博士后 Jung Seung Lee 和 Hyunjoon Kim 是该论文的主要作者，该论文最近发表在 Matter 杂志上。

灵感来自羊肠

肠线缝合线——由来自牛、绵羊或山羊（但不是猫）的纯化胶原蛋白链制成——形成结实的结，在大约 90 天内自然溶解。 虽然合成可吸收缝合线也可用，但羊肠线仍用于许多类型的手术。

Traverso 和他的同事们想看看他们是否可以在这种类型的组织衍生缝合线的基础上制造出一种坚韧且可吸收的材料，并具有传感和药物输送等先进功能。

这种缝合线可能对克罗恩病患者特别有用，因为过度疤痕或炎症造成的阻塞需要切除部分肠道。 此过程需要重新密封一段肠道被移除后留下的两端。 如果密封不牢固，可能会导致泄漏，对患者造成危险。

为了帮助降低这种风险，麻省理工学院的团队想要设计一种缝合线，它不仅可以将组织固定到位，还可以检测炎症，这是重新密封的肠道没有正常愈合的早期预警信号。

研究人员用猪组织制造了新的缝合线，他们使用清洁剂将其“去细胞化”，以减少在宿主组织中诱发炎症的机会。 这个过程留下了一种无细胞材料，研究人员称之为“脱肠”，它含有结构蛋白，如胶原蛋白，以及在细胞周围的细胞外基质中发现的其他生物分子。

将组织脱水并将其拧成股线后，研究人员评估了它的抗拉强度，并发现它可以与市售的羊肠线缝合线相媲美。 他们还发现，与传统肠线相比，脱肠线缝合线对周围组织的免疫反应要少得多。

“脱细胞组织凭借其卓越的生物功能已广泛用于再生医学，”Lee 说。 “我们现在建议使用脱细胞组织进行传感和传递的新平台，这将开辟组织衍生材料的新应用。”

智能应用

接下来，研究人员着手增强缝合材料的附加功能。 为此，他们在缝合线上涂了一层水凝胶。 在水凝胶中，它们可以嵌入几种类型的货物——可以感知炎症的微粒、各种药物分子或活细胞。

对于传感器应用，研究人员设计了涂有肽的微粒，当组织中存在与炎症相关的称为 MMP 的酶时，这些肽就会释放出来。 这些肽可以使用简单的尿液测试来检测。研究人员还表明，他们可以使用水凝胶涂层携带用于治疗炎症性肠病的药物，包括一种叫做地塞米松的类固醇和一种叫做阿达木单抗的单克隆抗体。 这些药物由 FDA 批准的聚合物（如 PLGA 和 PLA）制成的微粒携带，这些聚合物用于控制药物的释放速率。 研究人员说，这种方法还可以用于输送其他种类的药物，例如抗生素或化疗药物。

这些智能缝合线还可用于输送干细胞等治疗细胞。 为了探索这种可能性，研究人员在缝合线中嵌入了经过改造以表达荧光标记的干细胞，并发现这些细胞在植入小鼠体内后至少可以存活 7 天。 这些细胞还能够产生血管内皮生长因子 (VEGF)，这是一种刺激血细胞生长的生长因子。

研究人员现在正致力于进一步测试这些可能的应用，并扩大缝合线的制造过程。 他们还希望探索在胃肠道以外的身体部位使用缝合线的可能性。

“麻省理工学院团队开发的脱细胞肠道缝合线是一个令人兴奋的平台，可用于传感和提供广泛的治疗药物，包括小分子、生物制剂和活细胞。 该团队出色地展示了该平台的多功能性，”未参与该研究的莱斯大学生物工程副教授 Omid Veiseh 说。