香港中文大学张立教授、余俊豪教授团队《Sci. Adv.》：可用于动脉瘤栓塞治疗的自粘附微凝胶集群

2023-05-15 来源：高分子科技

动脉瘤是一种常见的心血管疾病，指血管壁由于遗传、意外损伤等原因局部畸变，向外异常膨胀引发产生内部充满血液的类气球结构。动脉瘤可能会出现胸部主动脉、腹部主动脉、脑动脉血管等，在血压的作用下随时可能破裂内出血，继而引发高风险的缺血性或出血性疾病。介入栓塞技术是目前动脉瘤治疗的主要手段，其主要通过在动脉瘤腔内植入栓塞材料（如金属丝、液体、凝胶等）阻挡血流进入动脉瘤内腔，加强动脉瘤结构。然而，对于尺寸相对庞大的动脉瘤结构（如巨型动脉瘤、主动脉夹层等），栓塞疗法往往难以完全填充动脉瘤腔体，且靶向性差，易因栓塞材料脱靶而导致下游血管堵塞，不仅使动脉瘤术式失败，还可能引发严重的后遗症。

近期，香港中文大学机械与自动化工程学系张立教授、医学院影像及介入放射学系余俊豪教授和哈尔滨工业大学（深圳）材料学院金东东副教授共同开发了一种微凝胶集群系统，通过结合介入手术与医疗影像设备实时引导实现动脉瘤的按需栓塞，可用于弥补传统栓塞疗法在填充与靶向效率上的不足。在集群系统中，微凝胶个体为平均直径约110微米的微球，材料则由pH响应型自愈合水凝胶、磁性四氧化三铁纳米颗粒和造影剂钽微粒构成。微凝胶之间在温和的酸性刺激下（如抗坏血酸）于界面处形成大量分子间/分子内氢键，进而相互粘附融合成一个整体。以此微凝胶集群开展的栓塞策略分四步进行：首先通过介入导管跨越生物屏障输送微凝胶集群至动脉瘤区域；接着在超声和X射线影像的实时反馈下，施加外加磁场定向引导微凝胶集群进入并汇聚在动脉瘤腔体；随后，使用导管注射抗坏血酸缓冲液引发微凝胶集群的自粘附行为，填充动脉瘤腔体；最后，撤去导管与磁场，实现动脉瘤栓塞。该工作以“Swarming Self-adhesive Microgels Enabled Aneurysm On-demand Embolization in Physiological Blood Flow”为题发表于Science Advances（Sci. Adv. 2023, 9, eadf9278）。文章第一作者是哈工大（深圳）金东东副教授，通讯作者是香港中文大学张立教授与余俊豪教授。研究得到了国家自然科学基金委、香港研究资助局等的支持。

图1. 介入手术辅助微凝胶集群系统用于动脉瘤栓塞治疗的示意图

图2. 自粘附微凝胶的材料与结构

图3. 各类影像模式下的动脉瘤模型栓塞实验

该工作在动脉瘤模型中实现了有选择性的按需栓塞，当处于平均流速20 cm/s的高度动态血流环境中，填充效率仍可达95%以上。结合使用超声多普勒影像技术观测动脉瘤腔内的血液流动情况，可验证动脉瘤腔体栓塞的有效性。微凝胶集群在生理环境中表现出优异的生物相容性、血液相容性、机械稳定性和粘附可靠性。通过离体的人体胎盘实验，证实了真实血管内微凝胶集群栓塞策略的可行性。此后，张立教授与余俊豪教授团队成员计划进一步开展动物活体实验，深入探究该栓塞策略在临床治疗动脉瘤疾病的潜力，以促进实际应用的推广。

图4. 真实血管中的栓塞实验

该工作是张立教授团队近期关于医用微型机器人相关研究的最新进展之一。近年来，张立教授课题组报道了一系列磁驱动微型机器人研究成果，实现了从纳米到毫米尺度的微型机器人的个体控制与群体操控，并拓展了它们在各类生物医学领域的应用（Sci. Robot. 2021, 6, eabd2813; Sci. Robot. 2017, 2, eaaq1155; Nat. Mach. Intell. 2022, 4, 480; Sci. Adv. 2022, 8, eabq8573; Sci. Adv. 2022, 8, eabn8932; Sci. Adv. 2021, 7, eabe5914; Sci. Adv. 2019, 5, eaau9650; Nat. Commun. 2022, 13, 7919; Nat. Commun. 2022, 13, 7514; Nat. Commun. 2019, 10, 5631; Nat. Commun. 2018, 9, 3260）。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf9278

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（责任编辑：xu）

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