AM（IF=32）| 清华大学刘静等团队发现多功能铋基液体栓塞剂实现快速栓塞疗法、热疗和生物医学成像

栓塞已经成为通过靶向递送栓塞剂来闭塞功能障碍的脉管系统和治疗肿瘤的重要微创疗法。传统栓塞剂的制备工艺、沉淀时间、不可见性和缺乏综合功能等限制往往导致栓塞效果不佳。

2022 年8月26日，清华大学刘静及北京航空航天大学孙旭阳共同通讯在Advanced Materials （IF=32）在线发表题为“Phase Transitional Bismuth-Based Metals Enabled Rapid Embolotherapy, Hyperthermia and Biomedical Imaging”的研究论文，该研究提出了一种用于同时实现栓塞治疗、热疗和高对比度生物医学成像的多功能铋基液体栓塞剂。得益于合适的熔点、灵活的性质、金属的优点和易于注射操作，多功能栓塞剂具备快速的液-固相变、磁热疗和多模态成像能力。

体内研究表明，铋基材料具有优异的动静脉栓塞效果和良好的生物相容性。将液体栓塞剂引入肿瘤动脉实现了明显的肿瘤消退，并且在 CT、MRI 和热成像仪下具有相当清晰的成像，可用于在生物体上一致地跟踪植入物。此外，与热疗相结合的联合疗法表现出治疗效率的提高，在治疗后第 15 天形成坏死且全部肿瘤被根除。这一创新的栓塞剂和手术原理为栓塞治疗和潜在的肿瘤诊断平台搭建带来了发展前景。

血管内栓塞利用栓塞剂对靶血管进行血流阻断，是一种治疗肝细胞癌和功能障碍性血管的微创方法。例如，穿入动静脉畸形(arteriovenous malformation, AVM)的栓塞剂能够减轻神经症状和出血的潜在风险。通过预防颅内动脉瘤的破裂，血管内手术已被证明具有比外科手术更好的疗效。对于不可切除且富血供的肝肿瘤治疗，经导管动脉栓塞术有效阻断氧和营养物质的供应已成为金治疗标准。随着材料科学的进步，现已开发出各种栓塞剂来应对复杂的临床情况。临床上最常用的栓塞剂主要分为机械闭塞线圈、微粒和液体材料。金属线圈可以实现永久性栓塞，但具备线圈迁移、咬合不匹配以及对血管壁不可避免的机械损伤等缺点。液体栓塞剂主要包括凝胶、沉淀疏水注射液(precipitating hydrophobic injectable liquid, PHIL)和FDA批准的Onyx系统等。如果不添加碘油或其他成像对比材料，大多数是无法检测的。得益于微/纳米技术和工程技术，聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)颗粒和微球的研究有助于靶向栓塞和个性化药物治疗。将生物医学造影剂整合到栓塞系统中构建了诊断和治疗的治疗诊断平台，允许栓塞材料操作和沉积的可视化。注射期间的颗粒回流和异位栓塞是最常见的副作用，并且这些颗粒的合成不容易实现。肿瘤中低效的栓塞性能通常导致有限的治疗效果。因此，肿瘤栓塞治疗通常与化疗或热疗协同应用以提高疗效。

截至目前，栓塞剂仍然不能满足所有理想的要求，如高生物相容性、制备过程简单、沉淀时间短、成像能力以及与其他治疗方法的结合能力。在这方面，新兴功能材料的开发革新了生物医学工程领域。以镓(gallium, Ga)基合金为代表的低熔点金属结合了金属和流动性的特点，表现出易于制备、可注射操作、良好的生物相容性、液-固相变、可调刚度、可转换优点、多功能场响应性和多模态成像等显著特征，在微/纳米技术、软马达、肿瘤治疗和组织工程等领域具有潜在的应用前景。得益于低于体温的低熔点，Ga基合金可以与人体形成柔性且紧密的接触，在适应性治疗和治疗诊断学应用方面已被广泛探索。然而，当用于阻塞目标血管时，这种材料在体温下的恒定流体特性有时也会遇到挑战。这是因为流体合金会被流动的血液冲走。与镓基材料不同，铋(bismuth, Bi)和铋基金属具有相对高的熔点，熔点为58℃的铋、铟(indium, In)、锡(tin, Sn)和锌(zinc, Zn)的最低铋基共晶金属最近被研究作为骨水泥和止痛的替代材料。高操作温度限制了它们在脆弱组织和器官中的应用条件。总得来说，用于理想栓塞治疗的具有所需相变能力的可注射液体合金至今仍有待开发。该研究引入了一种由多功能铋基材料(bismuth-based Material, BBM)制备的新型液体栓塞剂，其合适的液-固相变温度为40℃左右，以同时实现快速血管内栓塞、利用CT、MRI和热成像的生物医学成像能力以及在交变磁场下的协同热疗。在流体栓塞剂离开加热注射器到达目标血管时，可以快速实现原位固化。结果表明，该栓塞剂在体内外均具有良好的生物相容性，且对兔耳动静脉均具有显著的栓塞性能。在交变磁场下，由于涡流的存在，栓塞剂会产生热效应。此外，液体药剂被用于栓塞肿瘤动脉。栓塞治疗后可观察到明显的肿瘤生长阻滞。栓塞和热疗的联合治疗显著提高了栓塞治疗的效率，并完全根除了肿瘤。

参考消息：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202205002

转自：“iNature”微信公众号

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