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香港中文大學張立教授、余俊豪教授團隊《Sci. Adv.》：可用于動脈瘤栓塞治療的自粘附微凝膠集群

2023-05-15 來源：高分子科技

動脈瘤是一種常見的心血管疾病，指血管壁由于遺傳、意外損傷等原因局部畸變，向外異常膨脹引發產生內部充滿血液的類氣球結構。動脈瘤可能會出現胸部主動脈、腹部主動脈、腦動脈血管等，在血壓的作用下隨時可能破裂內出血，繼而引發高風險的缺血性或出血性疾病。介入栓塞技術是目前動脈瘤治療的主要手段，其主要通過在動脈瘤腔內植入栓塞材料（如金屬絲、液體、凝膠等）阻擋血流進入動脈瘤內腔，加強動脈瘤結構。然而，對于尺寸相對龐大的動脈瘤結構（如巨型動脈瘤、主動脈夾層等），栓塞療法往往難以完全填充動脈瘤腔體，且靶向性差，易因栓塞材料脫靶而導致下游血管堵塞，不僅使動脈瘤術式失敗，還可能引發嚴重的后遺癥。

近期，香港中文大學機械與自動化工程學系張立教授、醫學院影像及介入放射學系余俊豪教授和哈爾濱工業大學（深圳）材料學院金東東副教授共同開發了一種微凝膠集群系統，通過結合介入手術與醫療影像設備實時引導實現動脈瘤的按需栓塞，可用于彌補傳統栓塞療法在填充與靶向效率上的不足。在集群系統中，微凝膠個體為平均直徑約110微米的微球，材料則由pH響應型自愈合水凝膠、磁性四氧化三鐵納米顆粒和造影劑鉭微粒構成。微凝膠之間在溫和的酸性刺激下（如抗壞血酸）于界面處形成大量分子間/分子內氫鍵，進而相互粘附融合成一個整體。以此微凝膠集群開展的栓塞策略分四步進行：首先通過介入導管跨越生物屏障輸送微凝膠集群至動脈瘤區域；接著在超聲和X射線影像的實時反饋下，施加外加磁場定向引導微凝膠集群進入并匯聚在動脈瘤腔體；隨后，使用導管注射抗壞血酸緩沖液引發微凝膠集群的自粘附行為，填充動脈瘤腔體；最后，撤去導管與磁場，實現動脈瘤栓塞。該工作以“Swarming Self-adhesive Microgels Enabled Aneurysm On-demand Embolization in Physiological Blood Flow”為題發表于Science Advances（Sci. Adv. 2023, 9, eadf9278）。文章第一作者是哈工大（深圳）金東東副教授，通訊作者是香港中文大學張立教授與余俊豪教授。研究得到了國家自然科學基金委、香港研究資助局等的支持。

圖1. 介入手術輔助微凝膠集群系統用于動脈瘤栓塞治療的示意圖

圖2. 自粘附微凝膠的材料與結構

圖3. 各類影像模式下的動脈瘤模型栓塞實驗

該工作在動脈瘤模型中實現了有選擇性的按需栓塞，當處于平均流速20 cm/s的高度動態血流環境中，填充效率仍可達95%以上。結合使用超聲多普勒影像技術觀測動脈瘤腔內的血液流動情況，可驗證動脈瘤腔體栓塞的有效性。微凝膠集群在生理環境中表現出優異的生物相容性、血液相容性、機械穩定性和粘附可靠性。通過離體的人體胎盤實驗，證實了真實血管內微凝膠集群栓塞策略的可行性。此后，張立教授與余俊豪教授團隊成員計劃進一步開展動物活體實驗，深入探究該栓塞策略在臨床治療動脈瘤疾病的潛力，以促進實際應用的推廣。

圖4. 真實血管中的栓塞實驗

該工作是張立教授團隊近期關于醫用微型機器人相關研究的最新進展之一。近年來，張立教授課題組報道了一系列磁驅動微型機器人研究成果，實現了從納米到毫米尺度的微型機器人的個體控制與群體操控，并拓展了它們在各類生物醫學領域的應用（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）。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf9278

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（責任編輯：xu）

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