天大Adv. Funct. Mater.：剛性形狀記憶水凝膠彈簧圈成功實現腎動脈栓塞

nandu 6年前 (2018-01-17) 5323瀏覽

【引言】

動脈瘤是一種動脈壁內的氣球狀隆起，其發病可導致危及生命的出血。在臨床病例中經導管動脈栓塞術（TAE）由于其風險低，成功率高以及微創手術等優點被廣泛接受為治療動脈瘤的有效方法。TAE技術通常是利用導管將金屬微線圈（例如鉑線圈）遞送到目標血管中，阻斷血液供應引發缺血性壞死，防止動脈瘤破裂。

臨床上使用金屬微線圈實現的栓塞成功率通常在15％以下，并且需要重復治療，這就不可避免地導致了動脈瘤壁的再次暴露和潛在的破裂風險。隨著研究的發展，目前常用的金屬線圈的替代物（如可膨脹形狀記憶聚合物涂層和微線圈），在降解期間其逐漸膨脹可能導致治療顱內動脈瘤腦積水發生率更高。這些新研發的生物可降解聚合物栓塞材料由于隨時間推移會發生體內質量損失，并不適合于持久的阻塞，因此研發安全和永久的動脈瘤栓塞材料對于臨床應用而言是個極大的挑戰。

【成果簡介】

近日，天津大學劉文廣教授和天津市一中心醫院的馮學泉主任醫師（共同通訊作者）團隊在Adv. Funct. Mater.在線發表了一篇題為“Radiopaque Highly Stiff and Tough Shape Memory Hydrogel Microcoils for Permanent Embolization of Arteries”的文章，介紹了一種具有X光成像功能的高模量高強度體溫刺激的形狀記憶水凝膠，首次實現了高強度水凝膠對于動脈血管的栓塞。作者指出，這種凝膠網絡含有聚丙烯腈的偶極-偶極相互作用/聚丙烯酰胺的氫鍵物理作用及長鏈聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的化學交聯，并且廣角X射線衍射、小角X射線散射結果表明，偶極對形成的結晶疏水微區對于提高凝膠的水環境穩定性和模量至關重要。

【圖文導讀】

圖1.?水凝膠中雙重物理交聯結構示意圖

有機凝膠由有機相轉化為水相時，會發生雙重物理交聯而形成水凝膠。

圖2. PAN–PAAm–PEG3kDMA水凝膠物理性能表征

A） PAN–PAAm–PEG3kDMA水凝膠分子結構；

B） 不同AN（丙烯腈）含量的PAN–PAAm–PEG3kDMA水凝膠的廣角一維衍射曲線；

C）水凝膠儲能模量（G'），損耗模量（G''）和損耗因子（tanδ）的溫度依賴性曲線（RAN = 66 wt％，CPLY = 25％，RPEG = 12 wt％，振幅：10 μm，頻率：1Hz）;

D）不同溫度下的水凝膠的加載卸載應力應變曲線；

E）啞鈴形水凝膠樣品在25°C （E1）和37°C（E2）水浴中的拉伸試驗，紅色圓圈：水凝膠樣品的頸縮區域，而在37℃時沒有頸縮現象。

圖3. 水凝膠體外形狀記憶實驗

B） 顯影水凝膠線圈的制備示意圖；

C） 無約束的水凝膠彈簧圈的形狀記憶過程；

D） 水凝膠微彈簧圈經導管遞送到37?℃水中的玻璃管內的形狀記憶過程。

圖4. 水凝膠體內栓塞評價

A） TAE過程的示意圖。剛性的水凝膠直條在冷鹽水的保護下經導管被遞送至目標腎動脈中，接觸“熱血”后，凝膠直條迅速轉變為彈簧形狀并纏結在一起，阻斷動脈血液供給；

B） 可顯影水凝膠彈簧圈體內形狀記憶過程的X射線影像圖（黃色圓點為彈簧圈輪廓）；

C） 術后間隔不同時間（4周，8周，12周）的復查血管造影圖像，紅色圓圈表示水凝膠彈簧圈的位置；

D） 術后間隔不同時間（4周，8周，12周）對豬進行解剖得到的腎臟圖片（scale bar : 2cm）。

圖5. 不同處理組腎臟病理分析

A1-C1） 栓塞術后4，8，12周腎臟病理分析；

A2-C2）栓塞對側腎臟的病理分析。

【小結】

利用AN（偶極單體），AAm（氫鍵單體）和PEG3kDMA的簡單共聚合,然后直接BaSO4沉淀，成功制備了一種不透射線的剛性形狀記憶水凝膠，并對水凝膠的溫度響應行為進行了深入研究。同時利用豬腎臟模擬栓塞過程，在三個月的栓塞期間沒有觀察到血管再通，成功地延長了栓塞時間和栓塞的穩定性，這一研究為后續臨床用動脈瘤栓塞材料的相關研究提供了新的研究思路和方法。

文獻鏈接：Radiopaque Highly Stiff and Tough Shape Memory Hydrogel Microcoils for Permanent Embolization of Arteries（Adv. Funct. Mater.，2017，DOI: 10.1002/adfm.201705962）

【通訊作者及團隊簡介】

劉文廣，天津大學材料科學與工程學院先進高分子材料研究所教授，中國生物材料青年委員會常委，中國生物材料學會生物醫用高分子分會委員，《中國科學：技術科學》雜志中英文版(SCI收錄)編委。主要從事水凝膠、藥物/基因遞送載體等生物醫用高分子材料的研究，主持和參加多項國家自然科學基金重點/面上項目、十三五重點研發/863計劃專題項目和天津市自然科學基金項目。2006年入選教育部新世紀優秀人才計劃，2013年獲得國家杰出青年科學基金資助，2016年入選國務院特殊津貼專家。

本文由材料人編輯部南渡編譯，點我加入材料人編輯部。

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