外科手術中，把斷裂、破裂的血管接起來一直是“針線活”，但縫合術不適合特別細小的血管。“生物膠水”是研究人員新發明一種方法，用“生物膠水”能把細小血管粘接起來，并且能避免縫合術的一些副作用。生物醫學膠的開發是一項重要而具有挑戰性的任務，因為表面上相互排斥的特性需要結合在一種材料中，即強粘附性和對愈合組織重塑過程的適應性。近年來，生物膠水的研究成為了醫學領域的熱點，制備粘接性能強的生物膠水并應用在臨床實驗中是研究者們追求的目標。

清華大學劉凱教授及德國亞琛工業大學Andreas Herrmann教授合作，報道了一種生物兼容和可生物降解的蛋白質基粘合劑，無需共價鍵，由陽離子超荷電多肽和陰離子十二烷基苯磺酸鈉表面活性劑組成的復合物，賴氨酸與表面活性劑的摩爾比為 1:0.9，在多重超分子相互作用驅動下，從而實現超強粘附，達到16.5 MPa，是常規生物膠水的10倍。相關研究內容以“Ultra-strong bio-glue from genetically engineered polypeptides”為題發表在《Nature Communications》。

【生物膠的設計與制備】

傳統的聚合物膠粘劑通過涂層表面粗糙度和延緩粘接接頭的斷裂來實現高粘接強度。一般需要原位聚合或反應性單體的交聯，這些單體形成永久性的、非自適應的共價鍵或網絡。最近，基于超分子界面鍵形成的體系，如鄰苯二酚或主客體基序，引起了大家的興趣。然而，它們在環境條件下不能提供強大的粘附強度。在實際應用中無法滿足生物降解性。由于生物大分子可以在合理的時間尺度上通過生物化學過程降解，因此生物大分子可以作為粘接線應用于膠水中。例如在傷口愈合過程中，蛋白酶在基質微環境中增多，并積極降解外源性實體和原生成分。研究者們已經開發了幾種彈性基粘合劑、血液來源的纖維蛋白密封劑和其他天然來源的粘合劑基質，但都需要通過熱或紫外光照射進行費時費力的預處理，以形成主要的共價鍵，有可能對受損組織造成二次損傷。

理想的用于再生醫學的粘接劑應該將生物相容性和可降解性與高粘接劑強度結合起來，同時仍然具有適應性和靈活性。為了解決上述難題，作者提出了增壓多肽基膠粘劑系列的設計。這些膠是由靜電絡合陽離子多肽和陰離子芳香表面活性劑形成的，避免了在膠合過程中形成共價鍵。非共價鍵組合產生超高的斷裂強度，超過已知的蛋白質基粘合劑一個數量級，能使外皮創面和內臟器官缺損迅速愈合，同時加速創面愈合。

圖1:SUP-SDBS膠系的制備與研究

【生物膠的表征及應用】

熱重分析(TGA)表明,SUP-SDBS復合物表現出的含水量~ 42% (w / w)。制作完成后，通過搭接剪切試驗研究了SUP膠的體粘接強度。K72-SDBS和商用氰基丙烯酸酯膠(作為比較)應用于玻璃、鋼、鋁、聚乙烯(PE)和聚氯乙烯(PVC)等各種基材上。K72-SDBS膠在高能表面(玻璃或金屬)粘附較強，斷裂強度為11.0 ~ 14.0 MPa，與氰基丙烯酸酯膠相當。這可以用膠水和表面之間的化學相互作用和機械聯鎖的勢能來解釋。在低能量表面(PVC或PE)， SUP膠水的附著力減少，但仍然像氰基丙烯酸酯一樣強，是最強的商業可用的粘合劑之一。對膠粘劑的lap - shear研究表明，黏附強度隨著SUP摩爾質量的增加而增加，黏附強度可調節在3.0 - 16.5 MPa之間。

作者研究了SUP膠在體內和體外的生物醫學應用的適應性。作者使用SUP-SDBS復合物將兩片豬心臟、肌肉、肝臟和皮膚粘在一起，單向拉伸測試記錄相應的force-extension曲線。實驗進一步表征了SUP膠對肌肉、肝臟和皮膚組織的粘附性能，其粘附能分別為80 J m-2、45 J m-2和6 J m-2。在人類皮膚和眼瞼上進行了用于化妝品和皮膚保健的粘合劑應用概念驗證。

作者采用自定義線性切口和圓形開口的大鼠模型進行傷口愈合的系統體內評價。采用4種不同的動物組進行傷口處理，包括空白、縫合、商業醫用粘接劑COMPONT和SUP膠。采用SUP膠治療組，將SUP膠調整至切口處，將創面密封嚴密。在8天內定量評估愈合進度。5 天后，與其他各組相比，SUP膠修復創面面積明顯增加，說明SUP膠具有皮膚再生能力。第8天，用SUP膠處理的大鼠創面面積為4%，幾乎不可見瘢痕，效果優于商用醫用膠粘劑。在一項關于圓形傷口的傷口敷料的研究中也觀察到類似的趨勢。從這些實驗中可以看出，SUP膠對不同形狀的傷口具有積極的促進止血和加速愈合的作用。與縫合線閉合和商業化學粘合劑形成鮮明對比的是，SUP膠水具有可生物降解的性質和超分子結合特性，可能很好地適應了基質和組織的動力學，這可能解釋了皮膚缺陷加速愈合和再生的原因。

圖4:創傷后大鼠皮膚組織的組織學研究表明，SUP膠促進傷口愈合和組織再生。

圖3:SUP膠用于濕組織粘連和傷口止血的定量及應用。

綜上，作者制備了有強勁粘附強度的生物膠水，復雜的非共價相互作用在干態和濕態中建立了強大的粘附和內聚。在各種硬基材和軟組織上的實驗表面，所制備的生物膠水的粘附性能是迄今為止報道的所有其他生物激發蛋白基粘合劑的十倍以上。陽離子SUP靜電與芳香族表面活性劑的超分子絡合，使SUP膠具有超強的粘合力和可生物降解性。這種獨特的特性使這種材料非常適合美容護膚應用，并可作為體內生物膠，使手術后的組織再生，發揮快速止血、避免炎癥反應和加速愈合的作用，為傷口愈合研究提供新機遇。