▎药明康德内容团队编辑经历胃肠道手术后，患者会面临一种危险并发症——吻合口漏（anastomotic leak）的风险。吻合口漏可能由组织中的细微穿孔引起，通常是手术切口两侧间存在难以察觉的间隙，导致胃肠道液体渗出消化系统，如果忽视甚至可能致命。然而，要及早发现这种体液泄漏却是一项艰巨的挑战。即使是先进的CT和MRI扫描，也无法直接观察到这类缺陷，因此患者在表现出症状时病情往往已经很严重。开发可靠的非侵入式检测工具，对于及时发现吻合口漏、改善手术患者的治疗效果具有重要意义。近日，《科学》杂志的一项最新研究带来了突破。一支联合研究团队开发了一种通过超声实时监测器官组织pH值变化，从而指示吻合口漏的全新贴纸材料。作者将这种生物可吸收、形状自适应、超声波可读取的材料结构称为“BioSUM”。美国西北大学John Rogers教授、现任职于清华大学的王禾翎研究员与圣路易斯华盛顿大学Chet Hammill教授为论文共同通讯作者。超声可以利用不同物体的声学特性区分我们体内的器官结构，但不同体液有着非常相似的声学特征，因此通过超声图像难以区分。那么，有什么指标可以轻易地识别出不同部位泄漏的体液？研究团队的答案是pH值。▲研究团队开发了一种能及时监测吻合口漏的BioSUM贴纸（图片来源：参考资料[2]；西北大学）在来自不同部位的吻合口漏中，胃液由于胃酸的存在是酸性液体；胰液为碱性；而肠道泄漏的体液是pH略低于正常组织的弱酸性。如果能在体内放上超声波可以读取的“pH试剂”，就能通过pH值的变化实现对吻合口漏的及时监测。为此，研究团队用柔性水凝胶材料，制作了一种微型的组织黏合贴纸BioSUM。具体来说，为了分别监测可能的胃液、肠道液与胰液泄漏，研究团队使用的BioSUM有所区别，但监测思路是一致的——在手术过程中贴在相应的器官上后，这种柔性、微型的贴纸会随着周围pH值的变化而改变形状。如果遇到胃液这样的酸性液体，贴纸会膨胀；相反遇到胰液这种碱性液体，则会收缩。这还没完，研究团队还需要在水凝胶中添加便于超声波检测的材料——同样非常微小、轻薄的金属盘。这是因为金属的声学特性与周围组织有很大的不同，因此当水凝胶形状改变，其中金属盘的位置也相应地改变，从而被超声波精准地捕捉到。▲不同尺寸的BioSUM贴纸与硬币大小对比（图片来源：参考资料[2]；西北大学）这样，BioSUM就能高灵敏度、高特异性地揭示体内的液体泄漏，使得医生能够更早地进行干预。患者康复后，生物相容性、可生物吸收的贴纸会自行消失，无需通过手术取出。研究团队还开发了可以自动分析图像的软件，便于放射科医生使用。▲BioSUM能够对组织深处进行实时监测（图片来源：参考资料[1]）最后，研究团队在包括猪在内的不同动物模型中检验了这种贴纸的效果，发现超声成像始终能够检测到变形贴纸的变化，即使它在组织内部 10 厘米深处。当接触到 pH 值异常高或低的液体时，贴纸会在几分钟内改变形状。这项全新的突破增强了我们对疾病的理解，并且革新了监测和诊断方式。研究团队表示，接下来他们正在探索拓展水凝胶的这种特性，尝试开发能检测内出血或体温变化的贴纸。[1] Jiaqi Liu et al, Bioresorbable shape-adaptive structures for ultrasonic monitoring of deep-tissue homeostasis, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adk9880[2] Shape-shifting ultrasound stickers detect post-surgical complications. Retrieved March 8, 2024 from https://www.eurekalert.org/news-releases/1036470本文来自药明康德内容微信团队，欢迎转发到朋友圈，谢绝转载到其他平台。如有开设白名单需求，请在“学术经纬”公众号主页回复“转载”获取转载须知。其他合作需求，请联系[email protected]。
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