基于多记忆功能与血栓血流动力学调控的大口径主动脉壁穿刺自封闭装置研究

《Bioactive Materials》：A large puncture closer of aortic wall by multi-memory actions with thrombo-hemodynamic control

本研究针对心血管介入术后大口径血管穿刺点闭合的临床难题，开发了一种形状记忆血管壁封堵器(VWP)。该装置通过形状记忆聚合物(SMP)的多重记忆效应，实现了主体(Body)扩张、环(Ring)压缩和翼(Wing)形变的协同自锁(self-locking)与血流动力学调控(hemodynamic control)，在猪胸主动脉6 mm穿刺模型中展示了媲美缝合术的止血效果、通畅性和内皮化能力，为血管闭合技术提供了创新解决方案。

　　

心血管介入诊疗技术的快速发展为众多心脏疾病患者带来了福音，但介入器械（如导管）撤出后在血管壁上留下的穿刺点却成为临床面临的持久挑战。特别是随着经导管主动脉瓣置换(TAVR)、血管内动脉瘤修复(EVAR)等大型介入手术的普及，18 Fr（约6 mm）以上的大口径穿刺点闭合变得尤为棘手。传统压迫止血、缝合或胶原蛋白塞等方法存在操作复杂、止血效果不稳定、学习曲线长等问题，而现有血管闭合装置(VCD)在处理大口径穿刺时容易出现闭合不全、再出血、假性动脉瘤等并发症。更关键的是，当前技术高度依赖术者经验，失败后重新尝试闭合往往困难重重。

为攻克这一难题，来自延世大学医学院的研究团队在《Bioactive Materials》上发表了一项创新研究，提出了一种基于形状记忆聚合物(SMP)的智能血管壁封堵器(VWP)。该装置巧妙地将自锁闭合与血流动力学调控功能集成于一体，通过简单的温热盐水触发即可实现自动化部署，显著降低了对术者操作技能的依赖。

研究人员综合运用了材料合成与表征、计算流体动力学(CFD)模拟、微流控芯片实验、离体血管压力测试以及大动物（猪）体内实验等关键技术方法。其中，猪胸主动脉穿刺模型（6 mm）和颈动脉穿刺模型（3 mm）用于模拟临床最苛刻的条件，评估装置在最高生理血压下的封堵性能。

3.1 VWP编程实现自锁闭合与止血密封

研究团队设计了三部件结构的VWP：主体(Body)负责填充穿刺通道，环(Ring)通过收缩产生径向压力实现机械锁紧，翼(Wing)则通过形变调节血流。利用SMP的热响应特性，预先设定了各部件从临时形状到永久形状的恢复程序：Body压缩25%后扩张，Ring拉伸100%后收缩，Wing弯曲90°后展平。在45°C温盐水触发下，三部件在15秒内协同完成"自锁-止血-恢复通畅"的自动化过程。体外 phantom 模型验证了该部署流程的可行性，且形状记忆功能在5次编程循环中保持稳定（恢复率>90%）。

3.2 聚合物共混与应变调控优化自锁抗压性能

通过ε-己内酯(CL)与甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)的开环聚合合成了六臂SMP，并与聚己内酯(PCL)以95/5的比例共混。该比例在保持高结晶度(χ_c=27.99%)的同时避免了相分离，展现出最优的形状记忆效率（形状固定率R_f>95%，形状恢复率R_r>99%）和机械性能（弹性模量和韧性最高）。Ring的应变水平显著影响抗破裂压力，100%应变时抗压性能最佳，比无自锁功能时提高5倍以上。

3.3 血流动力学调控与血小板响应机制

CFD模拟显示，翼(Wing)的20%血流阻塞比可产生适宜的剪切应力梯度（860 s^-1）。微流控实验证实，该条件下vWF-GPIb信号通路介导的血小板黏附与活化（Ca²⁺内流、P-选择素表达）最为适度，而使用CD42b抗体阻断该通路后血小板响应显著减弱。这揭示了VWP通过可控血流扰动促进生理性止血，而非诱发病理性血栓的形成机制。

3.4 猪主动脉大口径穿刺闭合验证

在猪胸主动脉18 Fr穿刺模型中，比较了四种VWP配置的性能。仅具备自锁功能但翼展平[SL(+)w/flat Wing]的组别止血效果有限；而自锁与血流调控功能完整[SL(+)HC(+)]的组别实现了最快止血（时间与缝合相当）和最小血栓面积；翼未恢复[SL(+)w/bump Wing]的组别则因过度血栓导致远端血压显著降低。基因表达分析显示，vWF、PF-4、P-选择素等血栓相关标志物在[SL(+)HC(+)]组表达适度，平衡了止血与通畅的需求。

3.5 30天长期效果与缝合术相当

在30天观察期内，VWP闭合的血管在造影上显示通畅无狭窄，组织学检查可见完整的CD31阳性内皮细胞覆盖，新生内膜面积与缝合组无显著差异。值得注意的是，VWP组外膜层可见更多CD68阳性巨噬细胞浸润且呈现M2型极化（ARG-1表达），伴微血管（vasa vasorum）生成，提示其促进了血管壁从内膜到外膜的再生性修复。

该研究成功验证了形状记忆VWP在大口径血管穿刺闭合中的卓越性能。其核心创新在于将材料科学（SMP编程）、流体力学（血流调控）和生物学（血小板活化）原理深度融合，通过"时控型"功能切换（先诱导止血后恢复通畅）模拟了理想的组织愈合过程。45°C/15秒的触发条件确保了临床安全性，而与商用器械兼容的输送系统则赋予了其良好的转化潜力。相比现有VCD技术，VWP在操作简易性、大口径适用性、抗凝患者适应性等方面展现出独特优势，为心血管介入领域的精准止血提供了新范式。未来研究方向可聚焦于VWP的可降解化、可重复穿刺设计以及经皮输送系统的优化，进一步推动其临床转化应用。