硬脑膜(硬脑膜)是排列在中枢神经系统(CNS)(包括大脑和脊髓)的三个脑膜层中的最外层。脑膜共同发挥减震器的作用，保护中枢神经系统免受创伤，在整个中枢神经系统中循环营养物质，并清除废物。硬脑膜也是一个重要的生物屏障，包含所有中枢神经系统组织周围的脑脊液 (F)。因此，自发损伤、创伤或必要的外科手术可能会导致脑脊液渗漏，从而威胁患者的生命、神经功能和康复。

“作为神经外科医生，我们通常会打开硬脑膜以进入大脑或脊髓，但在这些手术结束时实现硬脑膜的防水密封在特定情况下可能具有挑战性，” 神经外科医生和合作伙伴凯尔·吴医学博士说-一项新研究的第一作者和共同通讯作者，提出了一种创新的硬脑膜修复解决方案。 “我们目前的选择是有限的，包括缝合修复或移植，如果没有可行的组织，有大的缺陷，或者在微创手术期间，这可能很难执行。目前可用的手术密封剂不能很好地粘附湿组织，太脆，并且缺乏可靠防止脑脊液渗漏所需的韧性。”吴现在是俄亥俄州立大学韦克斯纳医学中心的助理教授，在研究开始时是波士顿布莱根妇女医院的神经外科住院医师和波士顿儿童医院的外科创新研究员。

哈佛大学维斯生物启发工程研究所 和 哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院 (SEAS)的生物工程师合作团队以及哈佛大学的神经外科医生现已开发出一种重新密封硬脑膜的新解决方案。 布莱根妇女医院、 俄亥俄州 立大学韦克斯纳医疗中心 和 詹姆斯癌症医院，该医院使用多功能生物材料，解决了当前修复方法的关键局限性，并有可能取代它们。由 Wyss 研究所创始核心教员、SEAS Robert P. Pinkas 家族生物工程教授 David Mooney博士领导的研究人员证明，他们的“Dural Tough Adhesive”(DTA)在测试中比目前使用的手术密封剂表现更好 体内动物模型和离体 人体组织 。研究结果发表在 《科学转化医学》杂志上。

从大自然中汲取灵感

DTA 是“仿生工程”的一个有趣的例子。大约十年前，穆尼的团队已经在具有独特机械特征的水凝胶设计方面积累了专业知识，正在寻找自然界的例子，以帮助找到密封和再生体内受损组织的新解决方案。共同第一作者说：“当时的组织再生材料方法主要集中在对各种身体表面产生强大的&luo;附着力&ruo;，但不太注重强大的内部&luo;内聚力&ruo;或面对组织机械力的韧性。” Freedman博士，Mooney 团队的前 Wyss 研究员。 “此外，它们在粘附不同体液覆盖的湿组织表面方面仍然相对无效。”他们的搜索引导小组找到了暗色Arion蛞蝓(Arion subfuscus)，它会分泌一种特殊的粘液，用它来快速将自己粘在适当的位置，以防止捕食者将其从各种表面上撬下来。

通过模仿蛞蝓粘液的特性，该团队开发了一种由两种混合聚合物网络组成的水凝胶：一种是永久交联的丙烯酰胺分子网络，可形成高弹性凝胶;另一种是可逆交联的藻酸盐分子网络，可形成高弹性凝胶。重新分配底层组织中机械力产生的能量。复合坚韧粘合剂(TA) 水凝胶与使用壳聚糖(一种源自贝类外骨骼的纤维状糖基物质)的高粘合层配对， 可以通过形成多种类型的化学相互作用，粘合到各种液体覆盖的表面与他们合作创造紧密的密封。 “Mooney 团队此前曾开发过先进的 TA 方法，用于修复多种组织，包括 受伤的组织表面、 肌腱、 子宫内婴儿的神经管缺陷等。当吴博士联系我们时，我们认为硬脑膜渗漏是 TA 的一个新的临床机会，”Freedman 说，他是 Mooney 团队中多项 TA 应用的带头人。

改善大脑和脊髓的保护

该团队证明，DTA 的成分遵循相同的 TA 基本配方，具有优于现有手术密封剂的修复相关特性。在 离体 研究中，他们表明，与商业密封剂相比，DTA 对猪硬脑膜的粘附力明显更强，并且在失效之前可以承受更高的压力。卓越的机械强度是 DTA 的一个重要特征，因为在脑肿瘤、中风、创伤、特发性颅内高压和脑积水等情况下可能会遇到颅内压升高。

在体内，当直接放置在大鼠硬脑膜上时，DTA 保持其结构并在至少四个星期内保持完全生物相容性，仅引起最小的刺激，这与商业密封剂相当。