*仅供医学专业人士阅读参考 生物粘合剂或组织粘合剂已作为止血剂、创面密封剂和粘合剂广泛应用于临床。传统的生物粘合剂往往存在粘接韧性和强度较低的局限性,严重制约了其应用范围。 基于此,哈佛大学David J. Mooney院士团队 在《自然材料》(Nature Materials)杂志上发表了题为"Active tissue adhesive activates mechanosensors and prevents muscle atrophy"的工作, 该工作报道了一种软机器人,它通过一种坚韧的生物粘合剂与骨骼肌紧密黏附,以程定的强度和频率产生并传递模拟肌肉收缩的刺激 。麻省理工学院机械工程系赵选贺教授受邀在《 Nature Materials 》对此工作发表题为"A bioadhesive robot to activate muscles"的评述文章。 韧性水凝胶已在包括生物组织在内的多种材料上实现强黏附,其黏附韧性超过1,000 J m-2,类似于人体软骨-骨和肌腱-肌肉界面的黏附韧性。这种新生的发展坚韧的生物粘合剂使许多新的应用生物粘合剂。例如,将电子、光学、声学和机械装置附着在心脏、肺、神经和皮肤等各种器官上,而不需要缝线或钉。 图1. MAGENTA为目标组织提供机械刺激 组织力学刺激是一种新兴的组织修复方法。该方法的临床实施一直缓慢,原因是缺乏能够沿组织表面提供收缩或延伸刺激,并且同时与体内组织形成坚韧和内聚界面以提供有效刺激的装置。Nam等人将一种由形状记忆合金(镍钛合金)制成的弹簧嵌入含有坚韧水凝胶生物粘合剂的软弹性体基质中,从而产生一种用于在体对骨骼肌进行机械刺激的软机器人驱动器,他们将其命名为机械活性凝胶-弹性体-镍钛合金组织粘合剂(MANGENTA)(图1)。当受到电压或激光照射时,镍钛合金弹簧产生高达40%的收缩应变,在施加刺激后,收缩应变被放松(图2)。坚韧的生物黏着剂将机器人牢固地粘在肌肉上,形成一个内聚的机器人-肌肉界面,可以有效地将合金的驱动应变传递到肌肉。机器人的活动(驱动幅度、频率和持续时间)可以使用微处理器进行编程,从而实现对刺激的完全控制。这种模拟肌肉收缩和延长的刺激激活了涉及yes相关蛋白和心肌蛋白相关转录因子A的机械感知通路,并提高了肌肉蛋白质的合成速率。此外,Nam等人表明,与未处理的肌肉相比,使用韧性生物黏附机器人处理的废用肌肉表现出更大的尺寸和重量,并产生更高的力,证明了在小鼠中预防萎缩。 图2. 刚性生物粘合剂机器人的收缩和松弛 【小结】 尽管有创新和希望,这些坚韧的生物黏附机器人仍然有一些限制,需要未来的改进。考虑到这些装置只能在原位应用和移除,手术是不可避免的,因此非常希望根据需要将坚韧的生物黏着层可拆卸,例如通过应用良性触发方案。此外,通过改变韧性生物黏附机器人组件的性质,使其可被人体完全降解和吸收,减轻了手术移除的需求。此外,在韧性生物黏附机器人中可以集成传感器来测量肌肉的恢复状态,并对来自机器人的收缩刺激形成闭环控制。除了这些治疗应用,未来的韧性生物黏附机器人甚至可能与健康的肌肉集成,以潜在地增强人类的力量和能力。然而,在实现上述任何阶段之前,这种坚固的生物黏附机器人的生物相容性和性能还需要在大型动物模型和临床试验中进行严格验证。 原文链接: https://www.nature.com/articles/s41563-022-01470-4 文章转载自:"BioMed科技 " 了解更多 搜索"EngineeringForLife"公众号了解更多内容~