基于海藻酸钠的黏膜下抬举水凝胶用于内镜黏膜切除术与内镜黏膜下剥离术

《Advanced Healthcare Materials》：Sodium Alginate-Based Submucosal Lifting Hydrogel for Endoscopic Mucosal Resection and Endoscopic Submucosal Dissection

　　

黏膜下抬举剂对于提高内镜黏膜切除术（EMR）和内镜黏膜下剥离术（ESD）以及其他涉及黏膜下隧道建立的内镜干预的安全性和有效性至关重要。常用的抬举剂包括生理盐水、淀粉、ORISE Gel、Eleview、EverLift、BlueBoost 和 EndoClot SIS。在此背景下，研究人员制备了一种基于海藻酸钠的抬举凝胶，并引入具有生物相容性的亚甲蓝（MB）染料，从而显著增强病变的可视化与边界识别。该海藻酸钠来源抬举水凝胶表现出良好的剪切变稀（shear-thinning）特性，在较低剪切速率下具有较高黏度（44–190 mPa?s），高于市售抬举剂（1.7–44 mPa?s）。在冻干（lyophilized）状态下，该制剂具有较短复溶时间（60–90 s）、接近生理水平的 pH（～6.5）以及渗透压（265–275 mOsm/kg）。离体（ex vivo）评估证实，其抬举高度和垫状隆起周径可持续维持 60 min；而在猪体内（in vivo）研究中，该制剂表现出成功的可注射性、45 min 的垫层维持能力，且未见不良组织反应。该研究旨在探讨流变学性质与黏膜抬举性能之间的关系。通过整合持久抬升、改善可视化、生物相容性以及优化的理化特征，这种基于海藻酸盐的抬举凝胶有效克服了既往抬举剂固有的局限性，为 EMR 和 ESD 提供了一种更高效且更具通用性的下一代抬举剂。

该论文发表于《Advanced Healthcare Materials》，聚焦于消化内镜治疗中黏膜下抬举剂的材料优化问题。内镜黏膜切除术（EMR）与内镜黏膜下剥离术（ESD）是切除胃肠道浅表黏膜病变的重要微创手段，其核心操作之一是在病灶下方黏膜下层注入抬举液，形成稳定“垫层”，以便将病变与固有肌层分离，降低穿孔、热损伤及机械损伤风险，并改善切除过程中的可视性与可操作性。现有抬举剂虽广泛应用，但均存在不同局限。生理盐水价格低廉、易得，但吸收过快，抬举持续时间短，常需反复补注；淀粉类制剂抬举持续性仍有限；ORISE Gel 虽可形成较耐久的垫层，但与异物肉芽肿反应及病理误判风险有关；Eleview、EverLift、BlueBoost 等产品改善了可视化，但在黏度、持续性、染色程度、价格、可及性及长期安全性方面仍难兼顾。随着 ESD 等复杂内镜切除术逐渐用于更大、更平坦、更复杂病灶，临床对抬举剂提出了更高要求，即需要兼具良好注射性、充分剪切变稀行为、持久抬举能力、适宜 pH 与渗透压、生物相容性及操作可视化优势的新型制剂。

基于上述问题，研究人员开发了一种基于海藻酸钠（Na alginate）的黏膜下抬举水凝胶，并系统比较其与多种市售抬举剂之间的差异。研究围绕不同来源、不同浓度海藻酸钠制剂的理化性质、流变学行为、冻干稳定性、离体抬举表现及猪胃体内应用效果展开，目标是明确哪些关键物理化学参数决定抬举性能，并筛选出最适合 EMR/ESD 的制剂。总体结果表明，该类海藻酸钠抬举凝胶具有明显剪切变稀特征，低剪切条件下黏度高于多数市售产品，既有利于形成稳定黏膜下垫层，又能在注射过程中因受剪切而降低流动阻力。制剂在冻干后复溶迅速，pH 约 6.5，渗透压控制在接近生理范围，离体和体内试验均显示出更持久的抬举效果，并且未见明显不良组织反应。研究最终认为，去内毒素材料制备的 NovaMatrix MVG 1% 为综合性能最优配方，体现出较佳的注射可行性、圈套器抓持性和稳定抬举能力。该研究的重要意义在于，从材料流变学与功能表现的关联出发，为下一代黏膜下抬举剂设计提供了依据，并提出了兼具稳定性、可复溶性和操作实用性的海藻酸钠平台。

主要技术方法概括如下：研究人员采用不同来源与浓度的海藻酸钠配制含亚甲蓝的注射用水凝胶，并通过流变仪进行黏度、剪切应力、温度依赖性及幂律模型拟合分析；对冻干制剂进行复溶时间、pH、渗透压、颜色和加速稳定性评价；使用 Instron 装置检测经 25 G 内镜注射针的注射力；在离体猪胃组织及完整离体猪胃模型中评估黏膜下垫层高度衰减、周径变化、注射性与圈套器抓持性；在体内采用 Yorkshire 猪胃模型进行内镜下注射、抬举持续性及 3 d、14 d 安全性病理学观察，并结合主成分分析（PCA）评估流变参数与抬举性能的相关性。

2.1 Injectable GI Mucosal Lifting Gels
本节介绍了胃肠道注射型黏膜抬举凝胶的设计思路，即通过在病变下方建立稳定抬举层，为切除提供更安全的组织分离环境。研究人员配制了多种不同来源、不同浓度的海藻酸钠抬举凝胶，并与市售产品进行理化性能对照，重点在于识别影响 EMR/ESD 效能的关键物理化学属性。

2.2 Rheological Characterization of the Lifting Gels
研究结果显示，黏度是决定黏膜下抬举剂性能的核心参数之一。海藻酸钠凝胶在 25°C 与 37°C 下均表现出非牛顿流体特征和明显剪切变稀行为。JRS Na Alg 的黏度随浓度升高而增加，0.6%、0.8% 与 1% 制剂呈浓度依赖性变化；加入亚甲蓝后黏度与注射性未见改变。研究进一步比较了 NovaMatrix MVG 和 NovaMatrix MVM 两种超纯无内毒素海藻酸钠，发现二者在 0.8% 和 1% 浓度下黏度差异不显著，但均表现出与 JRS 制剂类似的剪切变稀行为。综合分析认为，JRS Na Alg 0.8% 与 1% NovaMatrix 制剂具有较优且持久的抬举潜力。与此同时，多种市售抬举剂整体黏度明显偏低，其中 Liftal K 在市售产品中黏度最高，但仍低于部分海藻酸钠实验制剂。

2.3 Mathematical (Power Law) Model Fitting on the Rheological Data of the Lifting Gels
研究人员利用幂律模型（Power Law model）对流变曲线进行拟合，以量化剪切变稀行为。除生理盐水外，各制剂均表现出不同程度的剪切变稀。海藻酸钠制剂拟合优度较高，R² 多在 0.995–0.999，说明该模型适用于描述其流变模式。随着 JRS Na Alg 浓度从 0.6% 升至 1%，稠度系数 K 增加，提示体系黏度升高；流动行为指数 n 略下降，说明剪切变稀程度增强。研究由此指出，适中的高黏度与优化的剪切变稀参数是获得理想抬举持续性的关键。

2.4 pH and Osmolality of Lifting Gel
本节表明，注射用水凝胶的 pH 与渗透压对于组织相容性至关重要。市售制剂的 pH 范围在 6.15–7.67，而研究制备的海藻酸钠凝胶 pH 稳定在 6.5。其渗透压维持在 267–289 mOsm/kg，接近生理范围，低于 300 mOsm/kg。研究据此认为，所开发制剂在保证功能性的同时，兼顾了注射生物材料所需的组织耐受性。

2.5 Color of Lifting Gel
研究人员在制剂中加入亚甲蓝，以增强病灶定位与边界识别。通过可见分光光度分析和 CIE L*a*b* 色彩空间评价，结果显示所制备海藻酸钠凝胶均具有一致、清晰的蓝色外观。NovaMatrix MVG 1% 和 NovaMatrix MVM 1% 在亮度和色彩强度方面表现较优，提示其在临床内镜视野下可能具有更好的视觉辨识度。

2.6 Injectability of Lifting Gel
通过 Instron 装置测量经 25 G 注射针推注 10 mL 凝胶所需平均力，结果发现海藻酸钠制剂所需注射力显著高于市售产品，反映出其较高黏度。尽管这增加了手动推注难度，但研究人员设计了螺旋辅助注射器（spiral syringe），可提供机械增益，使高黏度海藻酸钠凝胶仍能经标准 25 G 针顺利、可控地输送，从而缓解高黏度带来的实际操作障碍。

2.7 Stability Study
研究比较了冻干前后以及加速条件储存后的制剂稳定性。结果显示，NovaMatrix MVG 1% 和 NovaMatrix MVM 1% 在冻干复溶后黏度曲线基本重叠，提示冻干过程未显著改变流变性质。于 40°C/75% RH 条件下储存至 6 个月后，复溶时间、颜色、pH、渗透压及黏度均保持相对稳定，说明该冻干海藻酸钠抬举凝胶具有良好的货架稳定潜力。

2.8 Ex Vivo Lifting Hydrogel Performance
在离体猪胃组织中，研究人员比较了各抬举剂形成黏膜下垫层后高度下降和周径增加的时间变化。海藻酸钠制剂，尤其是 JRS Na Alg 0.8%、1% 以及 NovaMatrix MVG 1%，表现出更慢的高度衰减和周径扩散，说明其抬举持久性明显优于生理盐水、淀粉及多数市售产品。研究还指出，尽管 JRS Na Alg 1.2% 可进一步延长抬举维持，但其垫层过硬，不利于实际 EMR/ESD 操作，因此未作为优选浓度。

2.9 Efficacy Testing in the Intact Stomach
在完整离体猪胃模型中，研究人员进一步评价了制剂于胃窦、胃体和胃底的内镜下注射性、抬举持续性及圈套器抓持性。NovaMatrix MVG 1% 和 JRS Na Alg 0.8% 在不同胃部区域均具有良好注射表现，形成的抬举清晰且持久；JRS Na Alg 1% 虽黏度更高，但形成的抬举仍可被冷圈套器顺利抓持，未见明显滑脱或反冲。该结果支持海藻酸钠凝胶在实际内镜环境中的适用性。

2.10 In Vivo Evaluation of Injectable Gel
在活体猪胃内镜下注射试验中，研究人员成功于胃黏膜下构建最高达 40 mL 的凝胶垫层。所有制剂在 15 min 时均可见黏膜下抬举，但至 45 min 时，仅海藻酸钠制剂及 ORISE Gel 仍保留明显垫层，提示海藻酸钠体系在体内抬举维持方面优于对照和部分市售产品。

2.10.1 Safety Studies
安全性研究显示，动物于 3 d 与 14 d 观察期内均未发生并发症。大体观察中多数注射部位无明显变色或组织损伤，仅个别部位见轻度充血；组织学分析显示黏膜结构完整，仅存在轻微炎症、轻度黏膜下水肿或少量白细胞浸润。14 d 时可见部分凝胶吸收，整体支持该海藻酸钠抬举凝胶具有良好的组织相容性和安全性。研究还强调，该制剂采用冻干形式，相较液态海藻酸钠产品在稳定性和保存性方面具有明显优势。

2.11 PCA Modeling of Data
研究人员通过主成分分析（PCA）整合黏度、流动行为指数 n、注射性、抬举高度下降、周径增加、圈套器抓持感和抬举持久性等指标。结果表明，JRS Na Alg 0.8%、NovaMatrix MVG 1% 和 NovaMatrix MVM 1% 聚类于理想区域，提示其在理化性质与功能表现之间取得较好平衡。PCA 与相关性分析一致指出，黏度及流动行为指数 n 是决定黏膜下抬举持久性的关键流变学参数，而 pH 与渗透压在本研究设定范围内与抬举持续性无显著相关。

讨论部分总结显示，该研究并非单纯开发一种新配方，而是系统回答了“何种流变学性质最有利于黏膜下持久抬举”这一应用材料学问题。研究结果反复表明，若黏度过低，则抬举迅速消散，需频繁补注；若黏度过高，则虽能延长抬举，但可能影响注射操作与病灶圈套。因此，理想抬举剂应在高静息黏度与良好剪切变稀之间取得平衡。海藻酸钠体系恰好具备这一特征：在注射通道和针道内受剪切时流动阻力下降，进入组织后又因剪切解除而恢复较高黏度，从而维持稳定垫层。研究同时显示，冻干复溶设计提升了制剂的保存稳定性，亚甲蓝的加入改善了内镜可视化，而 pH 和渗透压控制则为其生物相容性提供支持。与 ORISE Gel 相比，该制剂未见明显异物反应问题；与生理盐水、淀粉及多数市售产品相比，则在抬举持续性方面更具优势。整体来看，本文将流变学参数与临床操作终点联系起来，为胃肠内镜抬举剂的优化提供了具有转化价值的证据。

研究结论部分可译为：黏膜下抬举剂的进步已显著提升 EMR 与 ESD 的安全性和效率。从生理盐水等简单溶液到更复杂的复合凝胶，这些创新正在塑造微创治疗性内镜的未来。研究人员构建了一种基于海藻酸钠的可注射水凝胶，其可提供持久且稳定的黏膜下抬举、增强的可视化效果以及优良的生物相容性，从而有效弥补现有抬举剂的主要不足。对无内毒素材料的评估确定 NovaMatrix MVG 1% 为最具优势的制剂，其在离体和体内评价中均表现出可比的可注射性、可靠的圈套器抓持性以及持续充分的抬举能力。与 ORISE Gel、Eleview、EverLift、BlueBoost、生理盐水和淀粉等既有制剂相比，NovaMatrix MVG 1% 展现出更优的操作特性和过程效能。总之，这些结果凸显了该海藻酸钠水凝胶作为 EMR 和 ESD 潜在下一代黏膜下抬举剂的应用前景。研究同时指出，未来仍需开展更全面的生物相容性评价，包括细胞毒性与细胞增殖分析，并通过持续的临床前与临床研究验证其更广泛应用价值，以推动其纳入标准内镜实践。