嵌入感測器、藥物 偵測腸切除病患發炎症狀 創新智慧縫合線 可自動輸送藥物

編譯/韋士塔  |2023.06.03
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編譯/韋士塔

患者接受手術,最後一道手續是把傷口縫合,進入術後痊癒階段;麻省理工學院(MIT)工程師受到數千年前開發的縫合線啟發,以生物衍生材質設計一種智慧手術縫合線,不僅具有傳統縫合線的固定組織功能,還可偵測患者是否發炎,也能輸送藥物或有療效的分子(therapeutic molecules)。

開發這種智慧手術縫合線的李政承(Jung Seung Lee,音譯)及金炫重(Hyunjoon Kim,音譯)在發表於《物質》(Matter)期刊的報告指出,這種縫線是以動物組織衍生的材料製作,類似古羅馬人使用的羊腸縫合線。

智慧手術縫合線具有繩狀紋理,並以創新技術塗上水凝膠,可以嵌入感測器、藥物,或者能釋放治療分子的細胞,幫助患者在腸切除或其他類型的手術後痊癒。

共同研發智慧手術縫合線的腸胃科醫師特拉維索(Giovanni Traverso)表示:「我們利用水凝膠覆蓋這種生物衍生縫合線,這種塗層能用來儲存炎症感測器,或用於治療炎症的抗體等藥物;更重要的是,水凝膠能讓活細胞存活更久。」

研究團隊指出,古代的羊腸線(catgut)主要以膠原蛋白製成,縫合後相當牢固,並會在約90天內被人體吸收;儘管目前已有許多可被人體吸收的人工縫合線,但羊腸線仍被用於許多類型的手術。

特拉維索表示,研究團隊以羊腸線為基礎,開發出更堅韌且可被人體吸收的材料,同時還有監測、輸送藥物等先進功能。這種縫合線特別適合克隆氏症(Crohn’s disease,發炎性腸道疾病)的患者,因為他們必須切除部分腸道,再把兩端腸子重新接回。然而,腸道切除後如果縫合不夠牢固或癒合不良,可能導致消化道物體滲漏至腹腔,形成嚴重併發症。

為了幫助降低這種風險,麻省理工學院的團隊設計這種智慧縫合線,除了能固定組織,還能檢測炎症,這是腸道沒有正常癒合的早期預警信號。透過嵌入縫合線的炎症感測微粒,醫師就能觀察患者的組織是否出現基質金屬蛋白酶(MMP),這種物質與炎症有關。

研究人員使用動物組織製造新的縫合線,使用清潔劑去除其中的細胞,以減少這些細胞在患者組織中誘發炎症的機率。經過處理後的材料含膠原蛋白及其他生物分子,接著再把材料脫水、擰成股線後。經過測試,研究人員發現這種智慧縫合線抗拉強度(斷裂前能承受的拉伸力量)與市面上的羊腸縫合線非常接近。更讓研究團隊振奮的是,相較於傳統腸線,智慧縫合線對組織的免疫反應非常輕微。

李政承表示:「我們希望智慧縫合線具備多種功能,也將進一步探索在人體其他部位使用這種縫線的可能性,並以此為基礎,拓展衍生材料的應用領域。」

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