组织粘合剂在伤口中的应用

上海生物医学工程研究中心(上海 201201)

0.前言

多年以来，外科伤口的处理方法主要是缝合法，有丝线缝合或可吸收线皮内缝合，但这些传统的手术缝合，不仅需要麻醉缝合，屡次换药拆线，另外还要清洗器械，操作费时，病人痛苦。若伤口处理不好，会出现伤口感染、增生、裂开、愈合时间长，甚至会化脓、坏死和不愈合等严重后果，且这种伤口处理方法术后留有明显瘢痕。

随着医学的进步，临床上对手术技术和辅助材料效果的要求越来越高。现代医学的理念是最大限度地减少病人的痛苦，最快速度地让病人康复，且在最大程度恢复功能的同时，希望外观也能完美恢复。因此，临床需求的不断增加推动了组织粘合剂研究的发展和应用。

组织粘合剂的使用历史悠久，但直到上世纪五六十年代才得到迅速的发展。1959年Eastman 910 快速粘合剂在美国问世，这种以α-氰基丙烯酸甲酯为主体的组织粘合剂的出现，实现了外科手术由缝扎到直接粘合的大革命[1]。近年来，组织粘合剂的发展更为迅速，逐步出现了品种多元、功能专一的系列产品，在医疗上作为皮肤、血管、脏器和止血粘合材料的应用也越来越广泛[2]。

1.组织粘合剂的分类

组织粘合剂按材料性质可分为化学粘合剂和 生物粘合剂。化学粘合剂有氰基丙烯酸酯类粘合剂、琥珀酰亚胺酯类粘合剂、聚氨酯类粘合剂、有机硅系粘合剂等。生物粘合剂有纤维蛋白粘合剂、贻贝粘蛋白粘合剂等。

理想的组织粘合剂应具备以下性质[3]：

（1）安全、可靠、无毒、无三致（致癌、致畸、致突变）；

（2）具有良好的生物相容性，不妨碍人体组织的自身愈合；

（3）无菌且可在一定时期内保持无菌；

（4）在有血液和组织液的条件下可以使用；

（5）在常温、常压下可以实现快速粘合；

（6）具有良好的粘合强度及持久性，粘合部分具有一定的弹性和韧性；

（7）在使用过程中对人体组织无刺激性；

（8）达到使用效果后能逐渐降解、吸收、代谢；

（9）具有良好的使用状态并易于保存。

2.α-氰基丙烯酸酯类粘合剂

我国自上世纪60年代开始研究应用α-氰基丙烯酸酯，70年代后相继开发了性能优异的同系列产品，如α-氰基丙烯酸正丁酯、异丁酯、正辛酯及改性的各类粘合剂[4]。曾国蓉等合成了α-氰基丙烯酸1,2 异丙叉甘油酯，并经临床观察证明有良好的止血效果[5]。

近年来，该类胶的发展更为迅速，应用更为普遍，种类更多，功能更优异，目前已广泛应用于妇科、腹腔科、整形外科、神经科、泌尿生殖外科、血管科、胸外科等，取得显著的临床效果。

2.1 粘接原理

α-氰基丙烯酸酯的结构式：

其中R 为1-16 个碳原子的直链或带支链的烷基、芳基、烷氧基、环烷基等。单体结构中，碳原子位置上连接着极性基团：-CN、-COOR，该类基团产生诱导效应，使β 位的碳原子有很强的吸电性，在弱盐极性物质如水（湿气）、醇等存在下，迅速发生阴离子聚合，能在瞬间发挥强粘接作用，其过程如图1 所示[6]。

图1.α-氰基丙烯酸酯的粘接过程

该类粘合剂在生物体组织上聚合最快，因为蛋白质是生物体中各种细胞的基础物质，是氨基酸的线型聚合物，这类有机胺是α-氰基丙烯酸酯单体聚合的催化剂，在常温下即可快速固化，而且体内的水分可加速这种固化反应，因此，α-氰基丙烯酸酯类粘合剂具备了迅速胶接生物组织的特殊结构。

2.2 基本特点

2.2.1 理化特性

（1）使用方便。α-氰基丙烯酸酯类粘合剂是单组分液态无溶剂，可室温快速固化，固化时间为6～15s，被粘接表面不需要特殊处理，固化后无色透明，外观美观。

（2）具备与天然组织相适应的物理性能，化学性能稳定，不降解出有害物质。

（3）良好的生物相容性，即力学相容性和组织相容性。

（4）缺点：存在对活体组织的贻误反应，妨碍组织愈合；粘接部位弹性差，固化物柔软；储存期短，易发生凝固。

2.2.2 生物学特性[7]

（1）无菌。该类粘合剂本身无菌，对11 种细菌具有抑菌作用。

（2）无毒。该类粘合剂固化时产生的聚合热仅为2.1 J，因而对局部组织的刺激很小，其动物毒理实验显示属无毒级，致癌、致畸及致突变实验和细菌培养均为阴性，成人急性毒性试验结果为LD50>13 g/kg，属实际无毒级，无致癌、致畸性。

（3）能在体内分解、排泄，无毒性累积。

2.3 临床应用

目前临床上用的主要是α-氰基丙烯酸丁酯和α-氰基丙烯酸辛酯，它们具有代替缝线、粘接固定、迅速止血、栓塞堵漏等重要作用，解决了许多传统手术方法所不能及的问题。

2.3.1 替代手术缝线

组织粘合剂的出现为组织修复提供了一种新的方法，有传统手术缝线无法比拟的优点。另外，α-氰基丙烯酸酯类粘合剂补充和拓展了清创术的概念，在清创手术中用α-氰基丙烯酸酯类粘合剂代替缝合，可以有效利用该粘合剂的抗菌作用，避免术后缝线排斥反应，因而在皮肤挫（撕）裂伤处理方面具有感染率低、不需拆线、术后瘢痕小等优点。

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，临床上可以将其用于快速止血。以α-氰基丙烯酸辛酯为主要成分的鼻止血粘合剂，可作为鼻出血的首选止血药，与传统烧灼止血法相比，具有快速、高效、安全、方便等优点。

2.3.3 粘接固定

α-氰基丙烯酸正辛酯粘合剂具有较大的生物力学强度，可以在手术中起到粘接固定的作用。另外，由于α-氰基丙烯酸酯类胶粘剂本身有抑菌功能，且固化速度快，因此在粘接固定时还有抑制感染，及时封闭感染入口，加速伤口愈合的优点[8]。

2.3.4 栓塞堵漏

α-氰基丙烯酸酯类粘合剂具有与血液和组织液迅速凝固的特点，因此常用来做各种漏口的栓塞剂，α-氰基丙烯酸正丁酯在这一功能上应用最多。

3.琥珀酰亚胺酯类粘合剂

黏附到生物组织的材料在许多外科或其他治疗应用中的用途引人关注，但目前使用的大部分制剂有很多缺点，如黏度低，使用时可能蔓延到其他区域，很难精确地应用到所希望的组织区域；若黏度太高，则又会出现难以配药的情况。琥珀酰亚胺酯类粘合剂可做成不同的形状，能有效地结合到组织表面，有优良的初始粘合力，且在较长时间内能保持对组织良好的粘合。

3.1 作用原理

如图2 所示，N-羟基琥珀酰亚胺官能化的聚合物与含胺物质（R-NH2）的组织蛋白反应，该反应在聚合物和组织蛋白之间形成酰胺键的亲核取代[9]。

其分步的反应如图3（a）、（b）、（c）所示，其中图3（a）中的1 表示通过静电相互作用的初始粘性羧酸，2 表示共价化学键羧酸，3 表示组织表面富含胺和其他亲核功能的蛋白质。

图3（b）中的4 表示通过温和的压力，使粘合剂与组织表面很好地贴合。

图3（c）中的5 表示粘合剂与组织表面之间迅速形成酰胺键，6 表示粘合剂与组织表面粘合后形成密封层，可防止空气、血液或其他液体泄漏而入。

3.2 基本特点

琥珀酰亚胺酯类粘合剂制成的片对组织表面的初始粘合是由于片和组织表面间的范德华力、氢键结合而致。粘合剂片与组织表面接触后，片变成水合的，引发反应，即琥珀酰亚胺酯的反应性官能团和组织表面的胺基反应形成的高度粘合力。

图2.琥珀酰亚胺酯与组织蛋白的反应

由于与组织表面接触时以及接触后被水合前，粘合剂片基本上是无活性的，因此不会发生过早反应的倾向，可以存放较长的时间，即有效期较长。

3.3 临床应用

此种粘合材料可应用到身体的内表面和外表面，即可以局部应用到身体外部，如皮肤，或局部应用到身体内部表面，如常规手术和微创手术的外科手术过程中被裸露的内部器官的表面。外科手术的应用主要有脑、心血管科，普通外科，泌尿科，矫形术，神经学，胃肠病学，眼科，妇产科等，以下简单介绍几种应用领域。

图3.琥珀酰亚胺酯与组织表面之间的粘接原理

3.3.1 止血和伤口愈合

该种聚合物可固定蛋白质，应用到出血区域可促进止血，并在内部过程和局部过程中支持和促进伤口愈合，其原因为降解的聚合物成纤维细胞移入且沉积细胞外基质的组分，因此可作为内部敷料或外部敷料。此外，可加入生长因子和cAMP 的促进皮肤细胞增殖的因子来辅助愈合过程，从而能达到较完美的效果。

3.3.2 封闭大区域的组织

该粘合材料有优良的封闭性能、操纵性能、自粘合性能以及可覆盖大表面区域的性能，可用于封闭被切除的组织表面，尤其是那些扩散出血成问题的被切除的组织表面，如肝。

3.3.3 预防术后粘连

术后粘连在手术中是个严重的问题，可引起严重的术后并发症，如在肠道手术中可发生肠扭转，需进一步外科手术。若将此种粘合剂用在外科手术过程中暴露的组织中，能有效地预防组织与邻近组织间的术后粘连。

3.3.4 微创操作

用于通过活组织检查获得组织样品、插入装置、递送治疗剂和进行外科手术操作的微创技术正在逐步替代传统的“开放”外科手术。一般地，微创操作可减轻患者的疼痛，使结疤、恢复较快以及较少的术后并发症，同时也使医疗费用减少。此类粘合剂可制成适当的尺寸和结构，用现有的和特别设计的微创外科手术仪器、套针系统将一定形状的粘合剂引入身体内进行操作，其粘合剂对组织良好的初始接触粘合力能更好地进行微创操作。

4.纤维蛋白粘合剂

纤维蛋白粘合剂是一种生物蛋白制剂，最早用于伤口止血。到20世纪70年代，Matras 首次采用冷沉淀技术提取了高浓度纤维蛋白原和凝血因子制成了高强度的粘合剂，标志着第一个纤维蛋白粘合剂商品的问世。之后，人们进行了大量的实验和临床应用研究，使这种兼具止血、覆盖创面和粘合组织功能的医用制剂迅速普及，现已在欧美、日本等国的外科领域得到广泛应用，目前国内也有多种产品。

4.1 作用原理

纤维蛋白粘合剂主要由3 种成分组成：纤维蛋白原、活性溶液、抗纤溶剂。其中纤维蛋白原为主要成分，存在于血浆中，它是分子量为340KD 的生物大分子，由3 对肽链组成，分别为Aα2、Bβ2、γ2；肽链的氨基端可以分别水解下一个酸性多肽，促使纤维蛋白原转变成纤维蛋白单体。单休间由于负电荷减少，可以自发聚集成无共价键相连的多聚体，并可以在Ca2+的存在下激活活性溶液包含的X Ⅲ因子，催化相互接近的单体间2 条γ 链的谷氨酰胺残基和赖氨酸的ε-氨基形成共价键，最终形成稳定的纤维蛋白多聚体；抗纤溶剂中的抑肽酶可以抑制或减缓纤维蛋白溶酶原（纤溶酶）对凝块的降解[10]。

纤维蛋白粘合剂在使用过程中各组分一经混合，在Ca2+存在下会发生血凝的最后阶段反应，以凝血酶激活纤维蛋白原形成不溶性纤维蛋白凝块，该凝块可以把创口牢固地粘合在一起，起到防水、止血和促进愈合的作用。

4.2 基本特点

与化学合成粘合剂相比，血浆来源的纤维蛋白粘合剂具有良好的生物相容性及生物降解性，不易引起炎症、异物反应、组织坏死或广泛的纤维变性，使用后形成的纤维蛋白凝块可在数天或数周内被吸收。它还可以促进血管的生长和形成以及局部组织的生长和修复。

纤维蛋白粘合剂是一种利用二次止血原理的止血剂，粘合效果不受血小板减少等血液凝固障碍的影响，不仅可以粘接创面、止血，还可促进创伤愈合；本身是液体，可适用于凹凸不平和深度创伤，组织亲和性好，无毒、无“三致”危险。

4.3 临床应用

纤维蛋白粘合剂因具有良好的生物相容性、可降解性，且止血效果好，已经在普通外科、骨科、心血管外科、脑外科等众多科室应用并取得了良好的效果。

4.3.1 止血

纤维蛋白粘合剂为创面止血药物，是根据血液的凝固机制研制而成，20世纪80年代初应用于临床。30 多年来通过对其作用原理、组织病理学、药效学、临床应用等多方面的研究，已肯定了它的疗效和安全性，在国内外的医学临床应用中越来越普遍。与明胶绵止血相比，纤维蛋白粘合剂的止血作用不依赖机体的凝血因子，止血效果更理想[11]。

4.3.2 封闭缺损

在腭裂修复术中采用生物蛋白粘合剂封闭松弛切口，与传统的用碘仿纱条封闭松弛切口的方法相比，有更好的临床效果。手术缝合后将纤维蛋白胶喷洒在缝合处，可形成一层凝胶薄膜。这层薄膜能封闭针孔和小的渗漏，并且可在创面表面形成纤维蛋白网状结构，直接封闭缺损组织，并以纤维蛋白网为基质，有利于成组织细胞和毛细血管内皮细胞增生形成肉芽而达到促进愈合的作用。

4.3.3 防止粘连

纤维蛋白封闭剂可预防术后硬膜外粘连，并具有可靠的中长期防粘连效果。近年来，众多实验证实了纤维蛋白粘合剂符合三维粘连材料的要求，并兼有抗炎止血作用。

4.3.4 促进愈合

应用医用生物蛋白粘合剂可有效地减少术后创面渗液，有利于皮瓣愈合。

5.贻贝粘蛋白粘合剂

海洋生物与海洋岩石间的粘接，是通过海洋生物所分泌的一种粘性物质实现的，这种粘性物质的主要成分是蛋白质和多糖，呈液态或粘弹态，有利于与不规则表面形成强结合力。

贻贝粘蛋白粘合剂是在海洋蓝贻贝中发现的一种具有特殊粘性的多元酚蛋白，其粘接强度很高，几乎可以粘住海洋环境中的所有物体，包括极坚硬的动物牙齿，且能在水中发挥作用，具有优良的防水性能。

5.1 作用原理

多酚蛋白是一种分子量为130KD 的碱性蛋白质，其中含羟基的氨基酸高达60%～70%；脯氨酸残基大部分也经翻译后经羟化修饰，而以3-或4-脯氨酸形式存在。

现已证明羟脯氨酸能稳定多酚蛋白之间及其与胶原分子间的相互作用，而由酪氨酸羟化生成的多巴，对贻贝粘蛋白粘合剂的防水性粘合及其内聚力起关键作用，这是因为后者的苯酚基团不但具有很强的金属螯合能力，可在材料表面形成不可逆的有机金属络合物，还与蛋白质等极性聚合物间形成很强的氢键结合[12]。

此外，在足丝胶固化过程中，部分多巴残基氧化生成邻位二醌，通过Micheal 加成反应与赖氨酸和半胱氨酸之间产生共价交联，进一步增加了它的内聚力，从而产生强有力的粘合。

5.2 应用[13]

目前主要在基因工程领域应用，为了获得足够的贻贝粘蛋白粘合剂，满足医学上的需要，美国Genex 公司的科研人员利用基因工程技术，成功地在微生物反应系统中生产出了贻贝粘蛋白粘合剂。他们通过Mytilusedulis 酚腺中摄取的mRNA，构建了多酚蛋白的cDNA 文库，然后克隆进入质粒运载体，最后在酵母中表达出来。结果表明，在为表达贻贝粘蛋白粘合剂所构建的酵母——大肠杆菌穿梭载体中， 外源的重复基因在宿主中非常稳定，并能良好地表达出来。

6.结束语

目前的研究表明，各种单一的组织粘合剂或多或少存在着力学特性或生物学特性方面的不足。展望未来合成工艺的改进，无毒性氰基丙烯酸酯类粘合剂的问世，将大幅扩大其使用范围。琥珀酰亚胺酯类粘合剂的粘结强度和柔软度若能较好地改善，其应用范围将更加广泛。纤维蛋白粘合剂具有良好的生物相容性及生物降解性，可以促进局部组织的生长和修复，不易引起炎症、异物反应、组织坏死或广泛的纤维变性，使用后在数天或数周内被吸收。基因工程技术的发展，为贻贝粘蛋白粘合剂的研究和生产开辟了崭新的天地，利用微生物反应系统，不但可以生产各种不同的粘性蛋白，还可将不同粘蛋白的基因重组在一起，以改良其粘合性能。组织粘合剂的大力开发、研究和应用，将在医学领域发挥举足轻重的作用，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，刘文冰等.医用粘合剂的研究及应用进展[J]化工新型材料，2003,31(4),9.

[5]曾国蓉,冯地旺,邓德贤,等.新型医用粘合剂：α-氰基丙烯酸1,2 异丙叉甘油酯的合成[J]中国胶粘剂,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]王艳红,顾汉卿.医用粘合剂的发展和临床应用进展[J]透析与人工器官,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]发明专利 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.急诊医疗中医用粘合剂的研究进展[J]现代生物学进展,2007,7(9),1408.

[13]秦应祥,赵敏.组织粘合剂在眼科中的应用[J]国际眼科杂志,2004,4(4),690.