一种介入手术辅助的微凝胶集群系统，可在医疗影像设备实时引导下完成动脉瘤的按需栓塞，以弥补传统栓塞疗法在填充与靶向效率上的不足。集群系统的每个基本构件是直径在微米级的凝胶微球，其主要由pH响应型自愈合水凝胶基质、磁性纳米颗粒和造影掺杂剂构成。

 

由香港中文大学（中大）医学院余俊豪教授及工程学院张立教授领导的跨学科研究团队成功开发了「自粘微凝胶集群」，可防止动脉瘤持续膨胀以至破裂，成为崭新的栓塞治疗策略。这项研究已在著名的国际科学期刊《Science Advances》上发表。

研究团队设计的微型机械人平台突破了动脉瘤在血流高速流动下难被完全填充的瓶颈，为生物组织内的实时追踪和性能评估，提供图像引导的介入输送策略。是次发明也适用於其他器官的非入侵性栓塞治疗，以控制出血。

关於动脉瘤和目前治疗方法的局限性

动脉瘤是一种典型的血管畸形，是指血管壁上异常的、向外鼓起或膨胀的区域。它可发生在人体的任何部位（如主动脉、腹部、脑部等），没有任何症状，但破裂后可能诱发严重的内出血，成为高度致命的疾病，在某些身体部位的死亡率高达40%。

尽管基於血管内输送栓塞剂（如金属线圈、聚合物球体、胶凝液）的栓塞治疗提供了一种临床上可行的手段，来堵塞动脉瘤并阻断进入动脉瘤的血流，但现有的栓塞治疗可能无法完全填充动脉瘤囊，并可能导致严重的并发症，如栓塞材料的溢出或碎裂导致远端血管意外闭塞，特别是对於巨大的动脉瘤或由较大血管空间组成的主动脉夹层。因此，医学界迫切需要一种具有更好的填充可控性、血管内环境相容性和临床表现的新栓塞策略。

新平台突破因血流高速流动下难将动脉瘤完全填充的瓶颈

在新平台中用作填充动脉瘤的微型机械人，每个构件为一个微型球体，每个球体由pH响应型自愈水凝胶基质¹、磁性纳米粒子和造影掺杂物组成。在导管的协助和在实时图像引导下，大量微凝胶被置入并集中到动脉瘤囊中。当加入酸性溶液时，微凝胶之间的自粘机制被激活，将它们焊接成一个整体，填充动脉瘤（详见附录）。

在平均速度高达每秒20厘米的人工血流环境中，微凝胶在动脉瘤模型和人类胎盘中实现了高效和选择性的积累，填充率超越95%。微凝胶栓塞在生理环境中表现出稳定的自粘性，至少可持续半年，并表现出令人满意的生物或血液相容性。

中大工程学院机械与自动化工程学系教授张立教授表示：「是次与中大医学院的研究中，我们展示了一种新方法，利用带有磁性微凝胶的图像引导微型机械人平台进行血管内动脉瘤栓塞治疗。未来，我们将继续进行对微型和纳米机械人的研发，以更好地控制体内成像和摇距控制。另一方面，我们将与医学院的同事共同努力，进行医疗微型机械人的转化研究，有望早日应用到病人身上。」

中大医学院影像及介入放射学系教授余俊豪教授指出：「这项崭新的栓塞技术很好地说明了医学和工程学之间共同研究的价值，当中的合作不但解决临床问题，同时制定可行的生物相容性概念，亦验证其临床安全性和有效性。我可以看到磁场和图像引导的微型机械人在血管介入治疗领域的进一步发展和巨大的应用潜力。」

研究团队目前正在紧密合作，通过动物实验促进微型机械人栓塞治疗的发展，并进一步进行临床前研究和临床评估。研究小组展望，新型栓塞疗法将可发展为各种动脉瘤相关疾病的非侵入性方法，为患者提供高效、安全和个人化的治疗。

此项研究获研究资助局、中国国家自然科学基金、香港中文大学–中国科学院深圳先进技术研究院机器人与智慧系统联合实验室，以及InnoHK创新香港研发平台的医疗机械人创新技术中心支持。

 注1：pH响应型自愈水凝胶基质是会因应pH值改变（如接触到酸性溶液）而自行粘合的物质。

附录

新微型机械人集群平台的运作原理

1. 首先通过导管辅助输送和部署微凝胶集群到动脉瘤颈部位置，藉此提供一条跨越生物屏障的「通道」，保护微型机械人免受免疫系统的影响。
2. 在超声波和X光透视影像的实时引导下，经过编程的外磁场会引导和汇集微机械人集群至动脉瘤位置。
3. 随后，通过导管注入酸性缓冲溶液，启动微凝胶之间的自粘机制，将微凝胶焊接成一个整体。
4. 过程完成后，导管和磁场可被移除。