仿生两性离子聚氨酯血管支架：水诱导硬化机制抑制内膜增生及力学性能优化

针对传统聚合物血管支架径向支撑力不足和表面改性不稳定的问题，四川大学研究人员受海参表皮"核壳结构"启发，开发了含甜菜碱磺酸盐侧链的两性离子聚氨酯（ZPUs）。该材料在37℃水中实现模量提升300%，植入后形成亲水表面（水接触角26°），动物实验显示ZPUE20支架血流通畅率较PLA支架提高40%，无需药物涂层即可抑制内膜增生（厚度减少62%），为血管植入物提供了兼具力学自适应和生物相容性的创新解决方案。

　　

血管疾病治疗领域长期面临植入器械的力学性能与生物相容性难以兼顾的困境。传统镍钛合金支架虽具备良好径向支撑力，却可能引发慢性炎症；而可降解聚乳酸（PLA）支架又存在植入后模量下降导致的支撑力不足问题。更棘手的是，无论金属还是聚合物支架都会因介入操作损伤血管内膜，诱发平滑肌细胞（SMCs）过度增殖导致再狭窄。现有药物洗脱涂层虽能抑制增生，却又阻碍内皮化进程——这种"按下葫芦浮起瓢"的现状，促使科学家将目光投向自然界寻求灵感。

四川大学研究团队从海参独特的表皮应激响应机制获得启发：当遭遇威胁时，海参表皮内部胶原纤维重排形成刚性核心，同时表面保持柔软亲水。这种动态"核壳结构"完美契合了血管支架"植入时柔韧、定位后刚硬"的临床需求。基于前期发现聚乙二醇（PEG）改性聚氨酯（PUs）存在水诱导硬化现象但表面亲水性不足的局限，团队创新性地引入甜菜碱磺酸盐两性离子侧链，开发出新型两性离子聚氨酯（ZPUs）。

研究采用多步合成策略：首先通过自由基聚合制备端羟基N,N-二甲基氨基丙基丙烯酰胺预聚物（PDMAPAA），再与4,4'-亚甲基双（环己基异氰酸酯）（HMDI）、聚四氢呋喃250（PTMG250）和脲基嘧啶酮（UPY）缩聚获得叔胺基聚氨酯（TAPU），最后与1,3-丙磺酸内酯反应实现两性离子化。通过动态力学分析（DMA）、小角X射线散射（SAXS）等技术表征材料性能，并建立兔颈动脉模型进行3个月体内评估。

【Synthesis results of ZPUs】部分显示，当侧链含量为20wt%时（ZPUE20），材料在37℃水中吸水后储能模量从45MPa提升至180MPa，归因于水分诱导的微相分离：疏水硬段形成结晶核心，亲水侧链向表面迁移。X射线光电子能谱（XPS）证实表面氮元素含量增加35%，水接触角降至26°，证实了"核壳结构"的自发形成。

【Mechanical properties of ZPUs】实验表明，ZPUE20在径向压缩测试中展现独特的两阶段力学响应：导管输送时的低模量（0.8N/mm）确保柔顺性，而37℃生理环境中恢复力达12.5N，显著高于PLA支架（4.3N）。这种特性源于UPY四重氢键网络的动态重构——吸水后氢键解离促使硬段重排，形成更致密的物理交联网络。

【Biological evaluation in vitro】部分揭示，ZPUE20表面富集的磺酸基团使纤维蛋白原吸附量降低82%，血小板粘附减少90%。共培养实验显示，该材料促进内皮细胞（ECs）增殖（较PLA高210%）同时抑制SMCs迁移（减少68%），这种"促内皮/抑平滑肌"的双重效应与表面电势调控相关。

【In vivo implantation evaluation】动物实验证实，植入3个月后ZPUE20支架组血流速度维持基线值92%，内膜厚度仅58±12μm，显著优于PLA组（136±21μm）。免疫荧光显示支架表面形成完整内皮层，且肿瘤坏死因子-α（TNF-α）表达量降低75%，证实其抗炎作用。

该研究突破性地实现了血管支架三大核心性能的协同优化：通过仿生设计获得水响应性力学性能，满足"刚柔并济"的临床需求；利用两性离子自发迁移特性构建抗血栓表面，避免复杂改性工艺；独特的表面电势调控实现内皮化促进与内膜增生抑制的平衡。这种"材料本体设计替代表面修饰"的策略，为心血管植入物开发提供了新范式，相关成果发表在《Biomaterials》上。值得注意的是，ZPUs的长期降解行为及其在钙化血管中的适应性仍需进一步研究，但其创新性的设计理念已为智能生物材料领域开辟了新方向。