灵感来自藤壶的粘合剂帮助阻止快速失血

2022年3月

卡里·贝特,自由撰稿人

过去十年中,麻省理工学院的研究科学家、工程师陆贤宇一直在研究如何解决每年200万人因重伤或创伤手术导致快速失血而死亡的问题。怎么做?他热衷于解决困难问题。他的研究有个人因素的推动。这位科学家喜欢烘焙,喜欢琢磨新创意。而且他的思维方式不拘一格。

陆贤宇和研究员同事们混合粘性微粒和硅油,排斥组织血液。该解决方案在组织周围形成强大的密封效果,性能超越传统止血方法,实现突破。(图:Courtesy of Hyunwoo Yuk)

“工程师喜欢利用科学工具和知识解决问题,”他说。“发现尚未完善解决、接近本人专业领域的重要问题时,我总会有研究的动力——如果因个人因素产生共鸣,就会更加积极。”

22岁时,陆贤宇的弟弟从五楼跌落受伤,主动脉破裂造成大出血。他后来发现,弟弟接受多次手术,由于止血困难,手术时间比计划长了一倍。他说:“在这个问题上有强烈的个人因素推动我[去解决],这有助于我寻找灵感,去发现更好的解决方案。”

爱好家庭烘焙也为他的创造工作带来启发。“我特别喜欢做松饼。松饼做起来简单,添加不同食材也很有意思。这可能反映了我作为材料科学家/工程师的偏好,因为我喜欢制作成分相对简单但性能更好的材料。”

即开即用的快速失血解决方案

在过去七年的研究生学习中,陆贤宇一直在研究组合生物粘附技术,快速为外伤患者或密集接受手术的患者止血和控制出血。

四年来他研制的最新发明是一种类似于牙膏的白色胶状物或糊状物,可以粘附在沾有血迹的物体表面。这种粘合剂可以即开即用。推动他创新的灵感正是来自于不起眼的藤壶——一种附着在岩石上的微小甲壳动物。

事实证明,藤壶和动物组织及人体组织都暴露于相似的潮湿不洁环境。藤壶会接触水和污垢,而血液就其性质而言属于被污染的液体,动物组织和人体组织也因与血液相互作用而潮湿和“不洁”。藤壶设法粘附在物体表面的方式引起了陆贤宇及其研究团队的关注。

发现尚未完善解决、接近本人专业领域的重要问题时,我总会有研究的动力——如果因个人因素产生共鸣,就会更加积极。

陆贤宇,麻省理工学院研究员、工程师

他们发现藤壶通过粘性蛋白质分子设法粘附或附着在潮湿不洁的表面,这种蛋白质分子悬浮于能排斥水分和污染物的油性物质之中。这一功能启发陆贤宇及其团队想出了一种粘性解决方案,以类似的方式发挥作用,帮助密封出血的动物组织。

他们试验粘合剂时没有使用真正的藤壶蛋白质,而是将粘性微粒和硅油混合,硅油可排出组织中的血液。陆贤宇解释说:“为了让粘合剂发挥作用,组织不能沾上受污染的血细胞。”

他强调说:“从工程学的角度来看,这种违反直觉、即开即用的解决方案具有重要意义,其性能超越传统止血方法,实现了突破。”

过去七年中,陆贤宇一直在研究组合生物粘附技术,快速为外伤患者或密集接受手术的患者止血和控制出血。他的最新发明是一种类似于牙膏的白色胶状物或糊状物,可以粘附在沾有血迹的物体表面。(图:Courtesy of Hyunwoo Yuk)

这项发明与市场上其他发明有何不同?

在发表于《自然生物医学工程》(2021年8月)的一项研究中,陆贤宇及其团队介绍了他们的粘合剂数秒止血的功能。实验对象是心脏和肝脏受伤出血的老鼠。陆贤宇使用外科医生所用标准产品治疗处理的老鼠出血未停止。使用他们研制的油性粘合剂治疗处理的老鼠出血持续10秒左右。试用粘合剂的老鼠和猪均告存活。

除了节省时间以外,陆贤宇声称,这项创新也比其他类似产品更为稳健,因为在组织周围形成的密封效果更好。而且,他说这种糊状物有可能对因病而自身无法凝血的患者迅速发挥作用。阻止危险性出血的现有解决方案依赖于人体的天然凝血能力。在形成技术概念的过程中,研究人员希望止血能够完全不依赖血凝块的形成。陆贤宇说:“在我们看来,依靠血凝块自然形成这种方法速度不够快,会让情况复杂化,对特定疾病患者不起作用。”

知识产权是各类技术初创企业的重要组成部分,因为它是与大公司开展有成效的合作以及吸引急需投资的核心要素。

陆贤宇

未来走向商业化的步骤

尽管这家初创企业尚未达到能够签署商业协议的阶段,但陆贤宇称亚洲和美国拥有巨大市场潜力。目前公司团队正积极开展工作,继续试验这种灵感来自藤壶的粘合剂。

在企业和私人投资者的持续资助下,研究人员计划对体型较大的动物(猪)进一步开展临床前研究,以便更好地针对特定临床适应症优化这项技术,并为获得美国食品药品监督管理局的试验用器械豁免收集必要数据,进行首次人体临床试验。他们希望能够在18个月内开展粘合剂人体试验。他们的重点将是试验其粘合剂在实体器官(如肝脏、脾脏和肾脏)、心血管以及内窥镜(胃肠道出血等)手术中的止血能力。他们还计划探索军队治疗枪伤和撞击伤的应用需求。

为患者和照护者带来乐观前景的创新

关于这种粘合剂对动物组织出血的影响,研究证据的积累仍处于初级阶段,但对于需要手术的血液、心脏和肝脏疾病人类患者而言预示着希望。

这种粘合剂有可能帮助外科医生减少手术中控制出血的时间。在没有手术资源的地方也可能发挥作用,如战区或资源有限的地区。

陆先生的发明离出炉还有一段距离,但从成分的角度看前景乐观。对这项发明有强烈需求的人必然成千上万。

陆贤宇关于知识产权重要意义的观点

知识产权对于贵公司的重要意义何在?

知识产权是各类技术初创企业的重要组成部分,因为它是与大公司开展有成效的合作以及吸引急需投资的核心要素。公司和投资者想要首先了解的情况之一是我们的技术是否受到专利保护。根据我们迄今为止的经验,如果公司的技术和知识产权没有得到专利保护,很难想象如何为下一步的商业化开展常规工作。

贵公司如何保护知识产权?

我们以传统方式保护自身知识产权,国内和国际都在申请专利。如今,实验室研发技术的产业化司空见惯,因此,保护知识产权不仅限于发表学术论文的范围,这方面的教育工作和民众意识都在加强。由于在我们的学术生涯中,保护构思的新颖性和所有权不受同行竞争对手侵害非常重要,所以理解在我们的商业体制中以专利形式保护知识产权的重要意义对我而言并不困难,顺理成章。

贵公司专利申请流程的体验如何?

在美国,最初的临时申请快捷简单。通过技术许可办公室申请专利很容易,通常在提交国家申请的同时也提交PCT申请,让我们能够在国际上获得优先保护。正式提交专利申请所需时间要长得多,通常需要我们与专利律师和学校的技术许可办公室密切互动,确保知识产权有足够的商业价值,值得为之支付法律费用。

贵公司是否有知识产权战略?

我们将借鉴麻省理工学院更宽泛的知识产权战略,对技术进行分组和整合,通过共享核心技术防止侵权行为。虽然现在对于我们而言制定详细的知识产权战略为时过早,但我们的初创企业未来将把这件事作为重点工作。我了解到,从许可协议条款开始(如果衍生自大学技术),知识产权战略对整个商业化进程可产生决定性影响。我们正在富有经验的导师和法律顾问的帮助下谨慎处理这个程序。

迄今为止关于知识产权您有哪些经验教训可以分享?

我的体会是,在知识产权的商业化方面,专利要比研究论文重要得多。我投入大量精力完善最近的发明专利申请,同时发现本人以前的专利在某种程度上比较薄弱,因为我过去更注重发表学术论文而不是完善专利申请。我了解到,专利申请材料不是,也不应当是研究手稿的复制粘贴。申请材料在发明的技术层面以外还应包括商业考虑,设定宽泛的权利要求范围,防止基于微小改动的侵权行为等等。

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