中大五院彭欣副研究员/单鸿教授/湘雅医院廖伟华教授 AFM: 血液触发相变水凝胶实现精准血管内栓塞

2025-02-16 来源：高分子科技

介入治疗是近40年发展起来的微创手术，能在医学影像设备的引导下将栓塞剂引入目标血管，对动脉出血、动静脉畸形和肿瘤等疾病进行局部治疗。其中栓塞剂的性能直接影响手术的治疗效果。水凝胶虽具栓塞剂潜力，但现有血管内凝胶化技术存在外源刺激操作困难、生物相容性差等问题，且剪切稀化水凝胶易被血流冲走。本研究报道了一种基于血液触发的相变水凝胶用于血管内栓塞（图1）。本研究不仅开发了新型液体栓塞剂，更为血液触发相变机制提供了新思路。

图1. QTI水凝胶及QTI-blood水凝胶的宏观照片和内部结构示意图。

将季铵化壳聚糖（QCS）、单宁酸（TA）和碘海醇（I）水溶液充分混合，三者能通过氢键和静电作用结合形成兼具显影性和注射性的QCS/TA/I（QTI）水凝胶。当QTI水凝胶接触血液时，血液中的Na⁺（140mmol/L）可与凝胶网络中的TA形成配位键，增加水凝胶的密度，从而促使柔软的QTI水凝胶转变为稳定的QTI-Na水凝胶。将QTI水凝胶浸泡到NaCl（140mmol/L）水溶液中，透明的淡黄色QTI水凝胶从外而内的转化为不透明的乳白色QTI-Na水凝胶。另外，QTI水凝胶的注射推力、完全相转变时间及其衍生QTI-Na水凝胶的力学性能均具有可调性，可针对不同病灶定制栓塞剂（图2）。

图2. QTI水凝胶及其衍生水凝胶的性能。

在动物实验阶段，首先以新西兰兔的肾动脉和股动脉破裂模型为研究对象开展评估。当QTI水凝胶注入肾动脉后，其外层迅速与血液发生反应，形成稳定的QTI-blood复合物，这一特性有效防止了栓塞材料被血流冲刷的风险。与此同时，水凝胶内部仍保持柔软状态，使得整个水凝胶能够在血压和注射推力的协同作用下持续向远端细小分支推进。随着相转变的进行，水凝胶最终完全转化为稳定的QTI-blood，成功实现了肾动脉主干及其分支的精准栓塞。术后随访显示，在栓塞后第7、14及28天，目标肾脏呈现显著萎缩，造影证实无血供且肾动脉未发生再通。值得注意的是，QTI-blood水凝胶在血管腔内保持稳定的铸型状态，未出现材料分离或移位现象（图3）。为进一步验证材料的止血性能，他们建立了兔股动脉破裂模型。实验结果表明，QTI水凝胶可在出血部位即时形成有效栓塞，且不会与微导管发生粘附。术后影像学随访证实，栓塞血管保持稳定，未观察到再次出血和再通现象（图4）。

图3. 新西兰兔肾动脉的栓塞。

图4. 新西兰兔股动脉的栓塞。

为全面评估QTI水凝胶的临床应用潜力，我们进一步选用猪作为研究对象，对其肾动脉、直径约4mm的股深动脉以及具有复杂丛状结构的奇网静脉系统进行栓塞实验。实验结果表明，即使面对大动物模型的终末器官动脉和较大管径的血管，QTI水凝胶仍能实现稳定可靠的栓塞效果，随访期间未观察到血管再通现象。特别值得注意的是，在面对具有复杂丛状分支结构的奇网静脉系统时，QTI水凝胶展现出优异的填充性能，能够完全顺应血管走行，实现完全栓塞（图5和图6）。这一系列动物实验的成功，不仅证实了QTI水凝胶在复杂血管系统中的适用性，更凸显了其作为新一代液体栓塞剂在临床转化中的巨大潜力。

图5. 猪肾动脉的栓塞。

图6. 猪股深动脉和奇网的栓塞。

本工作近期以“Blood-Triggering Phase Transformational Hydrogel for Endovascular Embolization”为题发表于Advanced Functional Materials（2025, DOI: 10.1002/adfm.202420440）上。第一作者为湘雅医院放射介入中心刘孟辉医生，通讯作者是中大五院彭欣副研究员、单鸿教授以及湘雅医院放射科廖伟华教授。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202420440

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（责任编辑：xu）

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