介入治療是近40年發展起來的微創手術，能在醫學影像設備的引導下將栓塞劑引入目標血管，對動脈出血、動靜脈畸形和腫瘤等疾病進行局部治療。其中栓塞劑的性能直接影響手術的治療效果。水凝膠雖具栓塞劑潛力，但現有血管內凝膠化技術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。本研究報道了一種基于血液觸發的相變水凝膠用于血管內栓塞（圖1）。本研究不僅開發了新型液體栓塞劑，更為血液觸發相變機制提供了新思路。
圖1. QTI水凝膠及QTI-blood水凝膠的宏觀照片和內部結構示意圖。
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合形成兼具顯影性和注射性的QCS/TA/I（QTI）水凝膠。當QTI水凝膠接觸血液時，血液中的Na+（140mmol/L）可與凝膠網絡中的TA形成配位鍵，增加水凝膠的密度，從而促使柔軟的QTI水凝膠轉變為穩定的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水凝膠從外而內的轉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、完全相轉變時間及其衍生QTI-Na水凝膠的力學性能均具有可調性，可針對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。
在動物實驗階段，首先以新西蘭兔的腎動脈和股動脈破裂模型為研究對象開展評估。當QTI水凝膠注入腎動脈后，其外層迅速與血液發生反應，形成穩定的QTI-blood復合物，這一特性有效防止了栓塞材料被血流沖刷的風險。與此同時，水凝膠內部仍保持柔軟狀態，使得整個水凝膠能夠在血壓和注射推力的協同作用下持續向遠端細小分支推進。隨著相轉變的進行，水凝膠最終完全轉化為穩定的QTI-blood，成功實現了腎動脈主干及其分支的精準栓塞。術后隨訪顯示，在栓塞后第7、14及28天，目標腎臟呈現顯著萎縮，造影證實無血供且腎動脈未發生再通。值得注意的是，QTI-blood水凝膠在血管腔內保持穩定的鑄型狀態，未出現材料分離或移位現象（圖3）。為進一步驗證材料的止血性能，他們建立了兔股動脈破裂模型。實驗結果表明，QTI水凝膠可在出血部位即時形成有效栓塞，且不會與微導管發生粘附。術后影像學隨訪證實，栓塞血管保持穩定，未觀察到再次出血和再通現象（圖4）。
圖3. 新西蘭兔腎動脈的栓塞。
圖4. 新西蘭兔股動脈的栓塞。
為全面評估QTI水凝膠的臨床應用潛力，我們進一步選用豬作為研究對象，對其腎動脈、直徑約4mm的股深動脈以及具有復雜叢狀結構的奇網靜脈系統進行栓塞實驗。實驗結果表明，即使面對大動物模型的終末器官動脈和較大管徑的血管，QTI水凝膠仍能實現穩定可靠的栓塞效果，隨訪期間未觀察到血管再通現象。特別值得注意的是，在面對具有復雜叢狀分支結構的奇網靜脈系統時，QTI水凝膠展現出優異的填充性能，能夠完全順應血管走行，實現完全栓塞（圖5和圖6）。這一系列動物實驗的成功，不僅證實了QTI水凝膠在復雜血管系統中的適用性，更凸顯了其作為新一代液體栓塞劑在臨床轉化中的巨大潛力。
圖5. 豬腎動脈的栓塞。
圖6. 豬股深動脈和奇網的栓塞。
本工作近期以“Blood-Triggering Phase Transformational Hydrogel for Endovascular Embolization”為題發表于Advanced Functional Materials（2025, DOI: 10.1002/adfm.202420440）上。第一作者為湘雅醫院放射介入中心劉孟輝醫生，通訊作者是中大五院彭欣副研究員、單鴻教授以及湘雅醫院放射科廖偉華教授。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202420440
