受數千年前開發的縫合線的啟發，麻省理工學院的工程師設計了“智能”縫合線，不僅可以將組織固定到位，還可以檢測炎症並釋放藥物。新縫合線源自動物組織，類似於古羅馬人最先使用的“羊腸線”縫合線。麻省理工學院的團隊以一種現代的方式在縫合線上塗上水凝膠，水凝膠可以嵌入傳感器、藥物，甚至是釋放治療分子的細胞。

“我們擁有的是一種生物衍生的縫合線，並用水凝膠塗層進行了修飾，該塗層能夠成為炎症傳感器或用於治療炎症的單克隆抗體等藥物的儲存庫。 值得注意的是，這種塗層還能夠保留長時間存活的細胞。”

研究人員設想，這些縫合線可以幫助克羅恩病患者在手術切除部分腸道後痊癒。研究人員說，縫合線還可以用於治療身體其他部位的傷口或手術切口。

前麻省理工學院博士後Jung Seung Lee 和Hyunjoon Kim 是該論文的主要作者，該論文最近發表在Matter 雜誌上。

靈感來自羊腸

腸線縫合線——由來自牛、綿羊或山羊（但不是貓）的純化膠原蛋白鏈製成——形成結實的結，在大約90 天內自然溶解。雖然合成可吸收縫合線也可用，但羊腸線仍用於許多類型的手術。

Traverso 和他的同事們想看看他們是否可以在這種類型的組織衍生縫合線的基礎上製造出一種堅韌且可吸收的材料，並具有傳感和藥物輸送等先進功能。

這種縫合線可能對克羅恩病患者特別有用，因為過度疤痕或炎症造成的阻塞需要切除部分腸道。此過程需要重新密封一段腸道被移除後留下的兩端。如果密封不牢固，可能會導致洩漏，對患者造成危險。

為了幫助降低這種風險，麻省理工學院的團隊想要設計一種縫合線，它不僅可以將組織固定到位，還可以檢測炎症，這是重新密封的腸道沒有正常癒合的早期預警信號。

研究人員用豬組織製造了新的縫合線，他們使用清潔劑將其“去細胞化”，以減少在宿主組織中誘發炎症的機會。這個過程留下了一種無細胞材料，研究人員稱之為“脫腸”，它含有結構蛋白，如膠原蛋白，以及在細胞周圍的細胞外基質中發現的其他生物分子。

將組織脫水並將其擰成股線後，研究人員評估了它的抗拉強度，並發現它可以與市售的羊腸線縫合線相媲美。他們還發現，與傳統腸線相比，脫腸線縫合線對周圍組織的免疫反應要少得多。

“脫細胞組織憑藉其卓越的生物功能已廣泛用於再生醫學，”Lee 說。“我們現在建議使用脫細胞組織進行傳感和傳遞的新平台，這將開闢組織衍生材料的新應用。”

智能應用

接下來，研究人員著手增強縫合材料的附加功能。為此，他們在縫合線上塗了一層水凝膠。在水凝膠中，它們可以嵌入幾種類型的貨物——可以感知炎症的微粒、各種藥物分子或活細胞。

對於傳感器應用，研究人員設計了塗有肽的微粒，當組織中存在與炎症相關的稱為MMP 的酶時，這些肽就會釋放出來。這些肽可以使用簡單的尿液測試來檢測。研究人員還表明，他們可以使用水凝膠塗層攜帶用於治療炎症性腸病的藥物，包括一種叫做地塞米鬆的類固醇和一種叫做阿達木單抗的單克隆抗體。這些藥物由FDA 批准的聚合物（如PLGA 和PLA）製成的微粒攜帶，這些聚合物用於控製藥物的釋放速率。研究人員說，這種方法還可以用於輸送其他種類的藥物，例如抗生素或化療藥物。

這些智能縫合線還可用於輸送幹細胞等治療細胞。為了探索這種可能性，研究人員在縫合線中嵌入了經過改造以表達熒光標記的干細胞，並發現這些細胞在植入小鼠體內後至少可以存活7 天。這些細胞還能夠產生血管內皮生長因子(VEGF)，這是一種刺激血細胞生長的生長因子。

研究人員現在正致力於進一步測試這些可能的應用，並擴大縫合線的製造過程。他們還希望探索在胃腸道以外的身體部位使用縫合線的可能性。

“麻省理工學院團隊開發的脫細胞腸道縫合線是一個令人興奮的平台，可用於傳感和提供廣泛的治療藥物，包括小分子、生物製劑和活細胞。 該團隊出色地展示了該平台的多功能性，”未參與該研究的萊斯大學生物工程副教授Omid Veiseh 說。