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香港中文大學(xué)張立教授、余俊豪教授團(tuán)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(fā)產(chǎn)生內(nèi)部充滿血液的類氣球結(jié)構(gòu)。動脈瘤可能會出現(xiàn)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(nèi)出血，繼而引發(fā)高風(fēng)險的缺血性或出血性疾病。介入栓塞技術(shù)是目前動脈瘤治療的主要手段，其主要通過在動脈瘤腔內(nèi)植入栓塞材料（如金屬絲、液體、凝膠等）阻擋血流進(jìn)入動脈瘤內(nèi)腔，加強(qiáng)動脈瘤結(jié)構(gòu)。然而，對于尺寸相對龐大的動脈瘤結(jié)構(gòu)（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(dǎo)致下游血管堵塞，不僅使動脈瘤術(shù)式失敗，還可能引發(fā)嚴(yán)重的后遺癥。


  近期，香港中文大學(xué)機(jī)械與自動化工程學(xué)系張立教授、醫(yī)學(xué)院影像及介入放射學(xué)系余俊豪教授和哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）材料學(xué)院金東東副教授共同開發(fā)了一種微凝膠集群系統(tǒng)，通過結(jié)合介入手術(shù)與醫(yī)療影像設(shè)備實(shí)時引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)動脈瘤的按需栓塞，可用于彌補(bǔ)傳統(tǒng)栓塞療法在填充與靶向效率上的不足。在集群系統(tǒng)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(yīng)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(gòu)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(nèi)氫鍵，進(jìn)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(jìn)行：首先通過介入導(dǎo)管跨越生物屏障輸送微凝膠集群至動脈瘤區(qū)域；接著在超聲和X射線影像的實(shí)時反饋下，施加外加磁場定向引導(dǎo)微凝膠集群進(jìn)入并匯聚在動脈瘤腔體；隨后，使用導(dǎo)管注射抗壞血酸緩沖液引發(fā)微凝膠集群的自粘附行為，填充動脈瘤腔體；最后，撤去導(dǎo)管與磁場，實(shí)現(xiàn)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(fā)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(xué)張立教授與余俊豪教授。研究得到了國家自然科學(xué)基金委、香港研究資助局等的支持。 


圖1. 介入手術(shù)輔助微凝膠集群系統(tǒng)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(jié)構(gòu) 


圖3. 各類影像模式下的動脈瘤模型栓塞實(shí)驗(yàn)


  該工作在動脈瘤模型中實(shí)現(xiàn)了有選擇性的按需栓塞，當(dāng)處于平均流速20 cm/s的高度動態(tài)血流環(huán)境中，填充效率仍可達(dá)95%以上。結(jié)合使用超聲多普勒影像技術(shù)觀測動脈瘤腔內(nèi)的血液流動情況，可驗(yàn)證動脈瘤腔體栓塞的有效性。微凝膠集群在生理環(huán)境中表現(xiàn)出優(yōu)異的生物相容性、血液相容性、機(jī)械穩(wěn)定性和粘附可靠性。通過離體的人體胎盤實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了真實(shí)血管內(nèi)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(tuán)隊成員計劃進(jìn)一步開展動物活體實(shí)驗(yàn)，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(jìn)實(shí)際應(yīng)用的推廣。 


圖4. 真實(shí)血管中的栓塞實(shí)驗(yàn)


  該工作是張立教授團(tuán)隊近期關(guān)于醫(yī)用微型機(jī)器人相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。近年來，張立教授課題組報道了一系列磁驅(qū)動微型機(jī)器人研究成果，實(shí)現(xiàn)了從納米到毫米尺度的微型機(jī)器人的個體控制與群體操控，并拓展了它們在各類生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)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(zé)任編輯：xu）
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