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中大五院彭欣副研究員/單鴻教授/湘雅醫(yī)院廖偉華教授 AFM: 血液觸發(fā)相變水凝膠實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)血管內(nèi)栓塞
2025-02-16  來源：高分子科技

  介入治療是近40年發(fā)展起來的微創(chuàng)手術(shù)，能在醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的引導(dǎo)下將栓塞劑引入目標(biāo)血管，對(duì)動(dòng)脈出血、動(dòng)靜脈畸形和腫瘤等疾病進(jìn)行局部治療。其中栓塞劑的性能直接影響手術(shù)的治療效果。水凝膠雖具栓塞劑潛力，但現(xiàn)有血管內(nèi)凝膠化技術(shù)存在外源刺激操作困難、生物相容性差等問題，且剪切稀化水凝膠易被血流沖走。本研究報(bào)道了一種基于血液觸發(fā)的相變水凝膠用于血管內(nèi)栓塞（圖1）。本研究不僅開發(fā)了新型液體栓塞劑，更為血液觸發(fā)相變機(jī)制提供了新思路。


圖1. QTI水凝膠及QTI-blood水凝膠的宏觀照片和內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。


  將季銨化殼聚糖（QCS）、單寧酸（TA）和碘海醇（I）水溶液充分混合，三者能通過氫鍵和靜電作用結(jié)合形成兼具顯影性和注射性的QCS/TA/I（QTI）水凝膠。當(dāng)QTI水凝膠接觸血液時(shí)，血液中的Na+（140mmol/L）可與凝膠網(wǎng)絡(luò)中的TA形成配位鍵，增加水凝膠的密度，從而促使柔軟的QTI水凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)榉(wěn)定的QTI-Na水凝膠。將QTI水凝膠浸泡到NaCl（140mmol/L）水溶液中，透明的淡黃色QTI水凝膠從外而內(nèi)的轉(zhuǎn)化為不透明的乳白色QTI-Na水凝膠。另外，QTI水凝膠的注射推力、完全相轉(zhuǎn)變時(shí)間及其衍生QTI-Na水凝膠的力學(xué)性能均具有可調(diào)性，可針對(duì)不同病灶定制栓塞劑（圖2）。


圖2. QTI水凝膠及其衍生水凝膠的性能。


  在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，首先以新西蘭兔的腎動(dòng)脈和股動(dòng)脈破裂模型為研究對(duì)象開展評(píng)估。當(dāng)QTI水凝膠注入腎動(dòng)脈后，其外層迅速與血液發(fā)生反應(yīng)，形成穩(wěn)定的QTI-blood復(fù)合物，這一特性有效防止了栓塞材料被血流沖刷的風(fēng)險(xiǎn)。與此同時(shí)，水凝膠內(nèi)部仍保持柔軟狀態(tài)，使得整個(gè)水凝膠能夠在血壓和注射推力的協(xié)同作用下持續(xù)向遠(yuǎn)端細(xì)小分支推進(jìn)。隨著相轉(zhuǎn)變的進(jìn)行，水凝膠最終完全轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的QTI-blood，成功實(shí)現(xiàn)了腎動(dòng)脈主干及其分支的精準(zhǔn)栓塞。術(shù)后隨訪顯示，在栓塞后第7、14及28天，目標(biāo)腎臟呈現(xiàn)顯著萎縮，造影證實(shí)無血供且腎動(dòng)脈未發(fā)生再通。值得注意的是，QTI-blood水凝膠在血管腔內(nèi)保持穩(wěn)定的鑄型狀態(tài)，未出現(xiàn)材料分離或移位現(xiàn)象（圖3）。為進(jìn)一步驗(yàn)證材料的止血性能，他們建立了兔股動(dòng)脈破裂模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，QTI水凝膠可在出血部位即時(shí)形成有效栓塞，且不會(huì)與微導(dǎo)管發(fā)生粘附。術(shù)后影像學(xué)隨訪證實(shí)，栓塞血管保持穩(wěn)定，未觀察到再次出血和再通現(xiàn)象（圖4）。


圖3. 新西蘭兔腎動(dòng)脈的栓塞。


圖4. 新西蘭兔股動(dòng)脈的栓塞。


  為全面評(píng)估QTI水凝膠的臨床應(yīng)用潛力，我們進(jìn)一步選用豬作為研究對(duì)象，對(duì)其腎動(dòng)脈、直徑約4mm的股深動(dòng)脈以及具有復(fù)雜叢狀結(jié)構(gòu)的奇網(wǎng)靜脈系統(tǒng)進(jìn)行栓塞實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，即使面對(duì)大動(dòng)物模型的終末器官動(dòng)脈和較大管徑的血管，QTI水凝膠仍能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的栓塞效果，隨訪期間未觀察到血管再通現(xiàn)象。特別值得注意的是，在面對(duì)具有復(fù)雜叢狀分支結(jié)構(gòu)的奇網(wǎng)靜脈系統(tǒng)時(shí)，QTI水凝膠展現(xiàn)出優(yōu)異的填充性能，能夠完全順應(yīng)血管走行，實(shí)現(xiàn)完全栓塞（圖5和圖6）。這一系列動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的成功，不僅證實(shí)了QTI水凝膠在復(fù)雜血管系統(tǒng)中的適用性，更凸顯了其作為新一代液體栓塞劑在臨床轉(zhuǎn)化中的巨大潛力。


圖5. 豬腎動(dòng)脈的栓塞。


圖6. 豬股深動(dòng)脈和奇網(wǎng)的栓塞。


  本工作近期以“Blood-Triggering Phase Transformational Hydrogel for Endovascular Embolization”為題發(fā)表于Advanced Functional Materials（2025, DOI: 10.1002/adfm.202420440）上。第一作者為湘雅醫(yī)院放射介入中心劉孟輝醫(yī)生，通訊作者是中大五院彭欣副研究員、單鴻教授以及湘雅醫(yī)院放射科廖偉華教授。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202420440

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（責(zé)任編輯：xu）
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