经 dHAM-姜黄素功能化的生物活性形状记忆可生物降解胆道支架用于改善胆道修复及微环境调控

《Biomaterials》：Bioactive shape-memory biodegradable biliary stent functionalized with dHAM-Curcumin for improved biliary repair and microenvironment modulation

　　

**摘要：** 胆道-消化道重建术后吻合口狭窄仍是一个临床挑战，可导致反复发作的胆管炎、黄疸和继发性胆汁性肝硬化。传统塑料支架提供临时支撑，但易形成生物膜和胆汁淤积，且需要二次移除操作。亟需一种可生物降解的胆道支架，既能提供足够的机械支撑，又能主动调控局部微环境。本研究开发了一种可生物降解形状记忆胆道支架，由聚(CL-co-TOSUO)/硫酸钡(PCT/BaSO?)复合芯材涂覆脱细胞人羊膜-姜黄素(dHAM-Cur)水凝胶构成。在体内性能评估方面，采用了大鼠皮下和十二指肠植入模型以及兔原位胆总管支架置入模型。通过16S rRNA测序和非靶向液相色谱-质谱(LC-MS)分析了肠道菌群和胆汁代谢组学变化。PCT/BaSO?支架表现出适当的机械性能、X射线显影性和形状记忆功能，其降解曲线与预期的胆道愈合周期相匹配。dHAM-Cur涂层增加了表面亲水性，并支持姜黄素持续释放。在体内，该功能化支架减少了炎症细胞浸润、纤维囊形成和胆管纤维化，与塑料及PCL/BaSO?对照组相比，保持了胆道通畅。多组学分析表明，该支架微妙地重塑了肠道微生物组成，并调控了胆汁酸相关的代谢通路。PCT/BaSO?@dHAM-Cur复合材料在临床前模型中表现出局部抗炎和抗粘连作用，以及良好的生物相容性和抗再狭窄潜力。该系统有望成为胆道吻合口临床管理的新型治疗平台。

**引言** 胆道吻合术（以胆管-空肠吻合术为例）是恢复胆汁引流的标准手术方法，适用于包括胆总管囊肿、胆管损伤和胆管癌在内的良性和恶性胆道梗阻1?2?3。术后吻合口狭窄仍是重要的并发症，发生率为10%-30%，常导致反复发作的胆管炎、黄疸，甚至继发性胆汁性肝硬化?????。胆肠吻合术后持续的局部炎症是吻合口周围粘连（累及肝脏、胃和网膜）的主要贡献因素，并显著增加吻合口狭窄的风险?。全身性抗炎药物在抑制吻合口处剧烈局部反应方面疗效有限。因此，局部调控炎症微环境至关重要。传统胆道支架仅提供被动机械支撑，缺乏内在生物活性，无法有效应对由炎症反应、生物膜形成和增生性组织过度生长引起的支架内再狭窄???。此外，支架植入不可避免地引起机械损伤和固有上皮细胞剥脱。由此引发的炎症级联反应和异物反应导致支架部分嵌入胆管壁，随后被纤维性肉芽组织覆盖而非正常上皮再生1?。在缺乏完整胆道上皮的管段中，暴露的无活性支架表面更易受细菌定植，从而引发胆汁淤积形成的级联反应。为维持吻合口通畅，外科医生通常在初次手术中放置留置跨吻合口支撑装置，如T管或塑料支架11?12。然而，这些惰性植入物易受细菌定植、生物膜形成和胆汁淤积影响，反而可能促进再狭窄13?1?。此外，不可降解支架需要在植入数月后进行内镜或手术移除。这种必须进行的二次干预不仅给患者带来巨大的身体和经济负担，还固有地存在胆汁漏和感染的风险1?。因此，临床上急需一种功能性可生物降解胆道支架，能够在原位可控降解的同时预防狭窄，从而免去二次移除操作1??1?。

由聚乳酸(PLA)或聚己内酯(PCL)等聚合物制备的可生物降解胆道支架(BBS)代表了一种有前景的治疗替代方案1?；然而，其临床应用仍受限于缺乏生物活性功能1?。吻合口狭窄的发病机制涉及多因素级联，以慢性炎症、成纤维细胞活化和过度胶原沉积为特征，并由异物反应和胆汁诱导的刺激所维持2?。此外，胆汁流体动力学紊乱和肠-胆道屏障受损常导致微生物失调和胆汁酸代谢异常，从而加剧结石形成和反复狭窄21。传统可生物降解支架提供暂时性机械支撑，但缺乏调控这一复杂病理微环境的能力22。过去二十年中，已开发了一系列功能涂层以改善胆道支架通畅性，包括抗肿瘤、溶石、抗菌/抗生物膜、抗增殖和耐蚀涂层13。然而，开发具有联合生物活性、能够减轻炎症和纤维化反应、恢复微生物稳态并促进功能性组织修复的胆道支架仍有迫切需求23。

为应对这些挑战，我们提出了一种仿生工程策略，将结构强化与局部微环境的精确调控相结合。在此背景下，脱细胞人羊膜(dHAM)——保留了天然细胞外基质架构和原始组织的生物活性成分——在减轻异物反应同时促进组织整合和再生方面表现出强效性2??2??2?。具体而言，dHAM通过下调促炎细胞因子如IL-1α和IL-1β同时上调抗炎细胞因子IL-10来调控白介素稳态，从而建立抗炎微环境2?。此外，dHAM还表现出抗纤维化和抗菌作用，包括抑制生物膜形成??。与此同时，姜黄素(Cur)作为一种天然多酚化合物，具有抗炎、抗纤维化和抗肿瘤等多重治疗特性。最近的研究进一步表明，姜黄素可能影响肠道菌群组成和胆汁酸代谢，提示其可能参与肠-胆道轴调控2??2??3?。将dHAM与姜黄素结合用于胆道支架修饰将产生增强的治疗效果：dHAM增强生物相容性并支持组织长入，而姜黄素的持续释放可减轻病理性纤维化过程，帮助重建局部组织稳态。

聚己内酯(PCL)因其结构完整性、生物相容性和可控生物降解性，已被广泛研究作为生物材料用于医学植入物31?32。然而，其在机械需求高的环境（如胆道系统）中的临床应用受到明显限制，包括机械强度不足和降解期过长（通常为2至4年）33。根据之前的工作，ε-己内酯(CL)与1,4,8-三噁杂螺[4,6]-9-十一烷酮(TOSUO)的共聚物表现出增强的亲水性和加速的降解，并可能在体温附近实现形状记忆驱动3?。以该共聚物为基材，开发了一种新型可生物降解、形状记忆复合胆道支架(PCT/BaSO?@dHAM-Cur)。将硫酸钡(BaSO?)掺入聚(CL-co-TOSUO)(PCT)基质中以赋予X射线显影性。支架表面通过聚多巴胺(PDA)中间层进一步功能化，以dHAM-Cur水凝胶进行修饰，PDA中间层在疏水性的PCT/BaSO?基体和亲水性涂层之间提供了强粘接。支架的形状记忆特性使其能够微创置入。

这是首次将具有X射线显影性(BaSO?)的形状记忆可降解聚合物(PCT)应用于胆道系统。虽然PCT此前已有报道，但将其作为胆道支架材料使用——要求针对胆道生理特性定制机械性能、降解性能和形状记忆性能——是完全新颖的。通过探索这些特性，本研究为未来的临床转化奠定了基础。

**材料** 聚(CL-co-TOSUO)(PCT)按文献方法3?合成。硫酸钡(BaSO?，X射线显影级)、盐酸多巴胺、Tris(羟甲基)氨基甲烷、十二烷基硫酸钠(SDS)、胃蛋白酶和姜黄素购自碧云天生物技术(上海，中国)。小鼠成纤维细胞(NIH-3T3)和小鼠肝外胆管上皮细胞(胆管细胞)购自太原博生生物技术有限公司(山西，中国)。RAW264.7巨噬细胞购自索莱宝。

**X射线显影PCT复合支架的制备与表征** 无规共聚物聚(CL-co-TOSUO)(PCT)通过开环聚合合成，CL:TOSUO进料摩尔比为9:1。如我们之前的工作3?所示，TOSUO单元可实现程序化晶体分裂为不同的高Tm(永久网络)和低Tm(开关)晶域，这是形状记忆机制的基础。CL富集基质赋予共聚物提供临时胆道支撑所需的机械强度。

**结论** 综上所述，我们开发了一种生物活性、形状记忆、X射线显影的胆道支架，由PCT/BaSO?复合支架涂覆dHAM-姜黄素水凝胶构成。PCT/BaSO?基体提供了适当的机械支撑、X射线透视可见性以及比传统PCL基系统更好的与胆道愈合匹配的降解曲线。dHAM-Cur涂层创造了高度亲水性、支持细胞的界面，并促进巨噬细胞向修复性M2样表型极化，

**CRediT作者贡献声明** 林浩铭：方法学，调查研究。关西鹏：软件，验证。李瑞琪：撰写-初稿，形式分析，数据整理。马晓飞：撰写-初稿。徐静：调查研究，获取资金，概念化。丁月：方法学，调查研究。饶子龙：调查研究，数据整理。周静：撰写-审阅与编辑，方法学，获取资金。戴超：撰写-初稿，软件，方法学，数据整理，概念化。张瑞

**利益冲突声明** 所有作者声明无利益冲突。

**伦理声明** 本研究经中山大学第一附属医院伦理委员会批准(批准号[2024]417)，并从所有参与者获得了书面知情同意。知情同意后，于2024年7月11日至2025年7月11日期间，从在中山大学第一附属医院接受择期剖宫产的健康女性收集羊膜组织。纳入标准规定母亲年龄在25至45岁之间，无

**数据可用性声明** 支持本研究结果的数据可从通讯作者处合理要求获得。本研究产生的原始测序数据已提交至NCBI序列读取档案(SRA)，BioProject登录号PRJNA1520966(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sra/PRJNA1520966)。代谢组学原始数据已提交至MetaboLights(正在审核中)。手稿接受后将提供登录号。

**基金** 本工作受国家自然科学基金专项研究基金(82273476)支持；广东省基础和应用基础研究基金(2025A1515220082)支持；中山大学青年教师科研试点基金(SYSQH-II-2024-03)支持；北京希思克临床肿瘤研究基金会支持(Y-QLQN2025-0297)。

**利益冲突声明** ? 作者声明不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争经济利益或个人关系。

**作者** 戴超｜张海琦｜白颖｜关西鹏｜李瑞琪｜权大平｜丁月｜饶子龙｜马晓飞｜徐静｜陈志刚｜林浩铭｜刘超｜周静｜张瑞