Science：受植物扎根启发，我国学者开发AI监测的生物黏合剂，开创免缝合微血管吻合新范式
撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
显微血管吻合术是对小口径血管（0.5-3 毫米）进行外科缝合，是器官移植和重建外科的基础技术，然而，该技术难度高、耗时长，且易因血栓形成等并发症而失败。现有的黏合剂在动态、湿润的手术环境中效果不佳，尤其难以应对血管有限的横截面接触界面。
自从1902年世界血管外科之父卡雷尔开创血管吻合术以来，通过显微外科缝合是血管吻合的传统方式。如今，随着曾文教授、邢孟秋教授团队的研究发现，人类有望在一百多年后，在血管吻合医学领域迎来不依赖缝线的快速粘合新范式。该研究发现
2026 年 11 月 12 日，陆军军医大学曾文教授团队（薛方超等人为论文第一作者）在国际顶尖学术期刊 Science 上发表了题为：AI-monitored bioadhesive for sutureless microvascular anastomosis 的研究论文。
研究团队受植物根系在土壤中扎根启发，开发了一种基于生物黏合剂的集成微针互锁黏合系统（iMAS）。该系统将疏水性聚合物基质与四面体微针相结合，形成牢固的三维黏合，实现快速、可靠的显微血管吻合。通过结合嵌入式人工智能（AI）辅助无线传感器，可连续、实时监测血管血流动力学和血管移植物的健康状态，从而提前预测并发症。在大鼠模型中，iMAS 系统将手术时间缩短 78%，并抑制了新生内膜增生。
总的来说，iMAS 系统简化了显微血管吻合术，并实现了移植手术中的移植物主动监测。这也是自 1902 年血管吻合术开创以来，人类有望在血管吻合医学领域迎来不依赖缝线的快速粘合新范式。
显微血管吻合术是指对直径为 0.5-3 毫米的小血管进行外科对合，这是器官移植和重建外科的基础技术。然而，已有百年历史的手工缝合传统方法技术要求高、耗时长，且不可避免地会损伤血管内皮，导致血栓形成，其 5 年通畅率低至 50%。市售吻合器提供了一种更快捷的替代方案，但也带来了新问题，包括机械顺应性不匹配以及异物反应，进而导致内膜增生和远期失败。因此，临床上仍需要一种快速、可靠且创伤更小的显微血管吻合方法。
尽管生物黏合剂（bioadhesive）为传统缝合提供了一种颇具前景的替代方案，但现有选择仍面临诸多挑战。关键在于，目前尚无商业化的生物黏合剂能够独立实现牢固可靠的血管吻合。它们常常在潮湿或充满血液的手术视野中失效，因为水分子会形成水化屏障，削弱黏合剂与组织之间的界面。此外，在血管横截面的微观尺度上，黏附强度不足仍然是一个主要问题。现有的生物黏合剂在血管应用中的另一个担忧是其固有的促血栓形成性。
上述重大风险凸显了开发黏合系统的必要性：要么完全避免管腔内暴露，要么采用本身不促血栓形成的材料。第三个关键空白是，目前仍缺乏用于术后持续监测的方法，以便早期预测狭窄或移植物失败风险。此外，对于设计为长期留置的可植入吻合装置，慢性组织反应与长期生物相容性仍是重要的转化医学考量。
为应对这些挑战，研究团队受植物根系在湿润土壤中锚定机制的启发，开发了一种集成式微针互锁黏附系统（integrated Microneedle-interlocking Adhesive System，简称为 iMAS）。
该系统由硅基耗散黏附基质与 3D 打印的四臂径向对称微针组成，微针（“根系”）的四面体骨架与血管壁（“土壤”）发生物理互锁，并配合疏水聚合物生物黏合剂排开水体，形成牢固的 3D 水密密封这种双重机制可确保快速、牢固的吻合。
研究团队推测，这种免缝合技术能够保持血管内皮完整性并促进有利的血流动力学，从而减轻内膜增生的主要驱动因素。为验证这一假设并实现术后监测，研究团队将一种无线、无电池的谐振传感器集成到 iMAS 系统中。这一集成创造了一种人工智能（AI）辅助装置，能够连续、无创地监测血流并预测血管健康状况。
为评估 iMAS 系统在更复杂场景中的转化潜力，研究团队将其应用于大鼠同种异体心脏移植模型。iMAS 实现了供体主动脉和肺动脉与受体颈动脉和颈静脉的快速无缝合吻合，将血管连接时间缩短至 9.4 ± 1.1 分钟（缩短 78%）。再灌注后，贴附于供体心外膜的 iMAS 生物电子传感器能够连续、无创地监测移植物功能，并通过检测移植物搏动幅度和节律性变化，识别存活和衰竭的移植物。这些结果确立了 iMAS 系统作为快速血管重建和移植物纵向监测平台的地位。
总的来说，该研究开发了一种集成式微针互锁黏附系统（iMAS），可为微小血管形成快速而牢固的密封。该系统利用微针锁定血管组织，其作用方式类似于树根在土壤中扎根，同时一种疏水生物黏合剂可形成即时而强效的密封。此外，该系统还集成了无线传感器，可利用人工智能（AI）监测手术部位，在并发症变得严重之前进行预测。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aed8712
原标题：《Science：受植物扎根启发，我国学者开发AI监测的生物黏合剂，开创免缝合微血管吻合新范式》