超拉伸粘附性光热多功能水凝胶用于肾去神经术治疗高血压及心脏重塑

本研究针对难治性高血压患者药物依从性差的问题，开发了一种基于聚多巴胺纳米颗粒(PDA NPs)的QPPD光热水凝胶，通过808 nm近红外(NIR)激光介导的肾去神经术(RDN)实现血压控制。该水凝胶具有600%拉伸性、44.4 kPa粘附强度和152.2 kPa压缩应力，定向冷冻技术使其光热转换效率提升至44.0%。动物实验显示治疗组收缩压/舒张压持续降低13.3±2.5/10.6±1.2 mmHg达8周，并通过抑制RAAS通路和激活cGMP-PKG通路改善心脏重塑。发表于《Materials Today Bio》的这项研究为高血压治疗提供了创新性器械解决方案。

　　

高血压是全球约13.8亿人罹患的"沉默杀手"，尽管现有降压药物能一定程度控制病情，但约75%患者仍面临血压失控风险。更棘手的是，约10-20%患者属于药物难治性高血压，而长期高血压会引发心肌纤维化、左心室肥厚等心脏重塑问题。传统射频消融肾去神经术存在两大局限：导管仅能消融内膜2 mm深度神经，而50%以上肾神经分布在2-10 mm外膜层；且不适用于直径<3 mm的小动脉分支。这些瓶颈促使科学家寻找更安全精准的替代方案。

武汉大学的研究团队独辟蹊径，将肿瘤光热疗法(PTT)的创新思路移植到高血压治疗领域。他们设计出由季铵化壳聚糖(QCS)、聚丙烯酸(PAA)和聚多巴胺纳米颗粒(PDA NPs)构成的三维网络水凝胶QPPD，通过定向冷冻技术构建多孔结构，在《Materials Today Bio》发表的研究中实现了三大突破：机械性能上实现600%超拉伸性和44.4 kPa组织粘附力，完美适应肾动脉搏动；光热转换效率达44%，精准维持50-55°C治疗窗口；动物实验证实其可持久降压并逆转心脏重塑。

关键技术包括：采用自发高血压大鼠(SHR)模型建立12周龄动物队列；通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)表征材料化学键；采用扫描电镜(SEM)观察多孔结构；通过尾套法和颈动脉插管监测血压；超声心动图评估心脏功能；RNA测序分析肾脏基因表达；Western blot验证RAAS和cGMP-PKG通路蛋白表达。

3.1 水凝胶设计原理
研究团队创新性地将肿瘤光热剂PDA NPs（500 nm粒径）嵌入QCS-PAA双网络基质，通过定向冷冻形成取向多孔结构。XPS分析显示PDA与PAA间形成酰胺键和氢键，使压缩应力从QP的72.9 kPa提升至QPPD的152.2 kPa。这种"牺牲键"机制使材料在200次60%应变循环后仍保持99.7%原始强度。

3.2 机械性能突破
QPPD水凝胶展现出惊人的环境适应性：可承受6294.8%剪切应变而不破裂；流变学测试显示储能模量(G′)始终高于损耗模量(G″)；7 cm²
贴片可悬挂1 kg重物。这些特性使其完美贴合直径仅1-2 mm的肾动脉分支，在猪皮和犬腹主动脉实验中经受住弯曲、扭转和冲洗考验。

3.3 光热性能优化
通过调控PDA NPs浓度至0.6 mg/mL，在808 nm激光(0.6 W)照射下2分钟内升温至49°C，且5次循环稳定性良好。定向冷冻形成的开放孔道使更多PDA NPs暴露，光热效率较未处理样品提升56.6%。细胞实验证实该浓度下SH-SY5Y神经元存活率>95%。

3.5 急性降压效果
在24只SHR大鼠的急性实验中，PTT组颈动脉插管显示血压持续降低>3小时，而单纯水凝胶(QPPD)或激光(NIR)组无效。酪氨酸羟化酶(TH)染色显示治疗组肾神经密度降低40%，且血清肌酐(CREA)、尿素氮(BUN)和炎症因子(IL-1β/IL-6/TNF-α)无显著变化，证实安全性。

3.6 长期疗效追踪
8周观察显示PTT组收缩压持续降低13.3±2.5 mmHg，显著优于对照组。肾脏去甲肾上腺素(R-NE)降低52.7%，心肌胶原容积分数(CVF)从0.44%降至0.31%。超声心动图显示左室后壁舒张厚度(LVPWd)和室间隔厚度(IVSd)显著改善，心肌细胞横截面积从837 μm²
缩小至599 μm²
。

3.8 机制深度解析
RNA测序发现182个差异表达基因，关键通路包括：RAAS系统中血管紧张素转换酶(Ace)表达下调56%；cGMP-PKG通路中蛋白激酶G(Prkg2)上调2.1倍。Western blot证实磷酸化VASP(P-VASP)/总VASP比值提升，伴随内皮型一氧化氮合酶(eNOS)水平恢复。CD31免疫组化显示治疗组血管内皮完整性改善，α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)表达降低15.1%。

这项研究开创性地将光热医学与高血压器械治疗相结合，其科学价值体现在三方面：材料学上开发出兼具超拉伸性(600%)、强粘附(44.4 kPa)和高光热效率(44%)的多功能水凝胶；医学上证实外膜途径RDN可深度消融神经且不损伤血管；机制上揭示双通路调控——通过抑制肾素(Renin)-血管紧张素II(Ang II)轴降低血压，同时激活eNOS-cGMP-PKG级联改善血管重塑。相较于传统射频导管，该技术适用更细的肾动脉分支，为临床难治性高血压提供了可重复操作的精准治疗方案。未来若能实现经皮递送，或将革新高血压微创治疗格局。