《International Journal of Biological Macromolecules》：Intestinal stent with polydopamine-enhanced sodium alginate/polyacrylamide hydrogel coating: Design, fabrication and anti-migration performance evaluation
编辑推荐：
摘要内镜下支架置入是一种有效的干预方法，可用于缓解由结直肠肿瘤引起的急性恶性梗阻。然而，临床常用的支架常常会出现肿瘤侵入和支架移位等并发症，从而限制其长期疗效。在本研究中，我们开发了一种新型的3D打印柔性管状肠道支架，该支架表面涂覆有聚多巴胺改性的海藻酸钠/聚丙烯酰胺（SA/PA
摘要
内镜下支架置入是一种有效的干预方法，可用于缓解由结直肠肿瘤引起的急性恶性梗阻。然而，临床常用的支架常常会出现肿瘤侵入和支架移位等并发症，从而限制其长期疗效。在本研究中，我们开发了一种新型的3D打印柔性管状肠道支架，该支架表面涂覆有聚多巴胺改性的海藻酸钠/聚丙烯酰胺（SA/PAM）水凝胶（以下简称PSP水凝胶）。该支架本身可作为物理屏障阻止肿瘤侵入，而PSP水凝胶则能显著提升组织黏附性，进而提高整个支架系统的性能。这种改性水凝胶具有出色的抗压强度（>45?kPa）和优异的组织黏附性（>10?kPa），同时还能稳定地附着在支架表面。涂覆了该水凝胶的支架具备足够的灵活性，可在释放后有效扩张，恢复狭窄肠道段的通畅性。与未涂覆支架相比，涂有水凝胶的支架具有更高的抗移位力（>7?N），且移位距离显著减小（<1?mm）。这些研究结果表明，这种黏稠的PSP水凝胶涂层肠道支架在处理急性结直肠梗阻方面具有很大的临床应用潜力。
引言
结直肠癌目前是全球第三大常见癌症，其发病率仍在持续上升[1]、[2]。大约7–29%的患者会因急性恶性结直肠梗阻而出现并发症[3]，这类情况通常发生在结直肠癌的晚期阶段。临床上，主要的治疗方法是手术切除，但由于患者往往同时患有其他疾病，身体状况较差，这一治疗方式可能会引发肠穿孔和脓毒症等严重副作用[4]、[5]、[6]。为了解决这一问题，肠道支架置入能够有效缓解急性梗阻，为患者的病情稳定及后续选择性肿瘤切除争取更多时间[7]。1991年，Dohmoto首次将自膨胀金属支架用于治疗急性恶性结直肠梗阻，但由于这类支架具有网状结构，容易发生肿瘤侵入和再次梗阻的情况[9]。因此，人们开始在自膨胀金属支架上涂覆聚合物涂层，以抑制肿瘤侵入和内皮化过程，但即便如此，仍有53%的病例出现肿瘤侵入现象[11]，而且还有30–50%的病例出现支架移位的情况[12]、[13]、[14]。此外，聚合物支架的移位风险也高达27%[15]、[16]。在临床使用肠道支架时，如何有效平衡并解决肿瘤侵入和支架移位问题至关重要。
为降低胃肠道支架的移位风险，人们尝试通过改进支架表面结构来增强其固定效果。例如，Cai等人[17]在带覆盖层的金属支架两端增加了凸耳，虽然提升了支架的抗移位能力，但却引发了人们对肿瘤可能通过凸耳侵入以及排便时局部应力加大的担忧。Lin等人[9]则通过3D打印技术在肠道支架上设计了仿生黏附结构（如章鱼的吸盘），显著提高了支架的抗移位力；不过，这种设计会导致支架壁厚增加，可能给临床使用带来不便。另一种方法是Lin等人[18]在聚合物食管支架表面添加螺纹结构，同样提升了抗移位能力，但其在该类支架在消化道内容物持续流动环境下的实际效果尚未得到验证。
水凝胶涂层为为支架赋予新的物理化学性质提供了一种极具前景的方案[19]、[20]，其在食管及其他领域的应用也证明了这一方法的可行性[21]、[22]、[23]、[24]、[25]。与单纯的结构性改良相比，水凝胶涂层因其自身的灵活性，无需产生局部应力集中，就能有效提升支架的黏附性。此外，与通过增加壁厚来实现黏附增强的方法不同，薄而功能完备的水凝胶层能够在不影响支架放置灵活性的前提下，提升其抗移位能力。在各种候选材料中，海藻酸钠是一种广泛使用的碳水化合物聚合物，它具有良好的生物相容性以及可调控的机械性能，非常适合用于药物递送和生物医学领域[26]、[27]、[28]。聚多巴胺是一种受贻贝结构启发的聚合物，其含有的儿茶酚基团能够显著提升水凝胶的黏附性，而其丰富的酚羟基则可通过强氢键作用提高涂层的稳定性[29]、[30]、[31]、[32]。聚多巴胺本身的良好生物相容性进一步提升了复合材料的安全性[33]。此外，人们还通过3D打印技术制造出了袖状聚氨酯（TPU）支架，用作防止肿瘤侵入的物理屏障。这种方法充分利用了TPU类似人体组织的机械性能以及3D打印带来的设计自由度，能够满足临床对可定制支架尺寸的需求。最近的研究还表明，将3D打印技术与先进的表面处理技术相结合，可以制造出功能一体化的支架，进一步凸显了增材制造在定制支架设计中的巨大潜力[34]。因此，用聚多巴胺改性的黏稠水凝胶涂层来提升肠道支架的抗移位能力，显然是一个可行的方案。
本研究开发了一种新型的TPU肠道支架，该支架表面涂覆有聚多巴胺-海藻酸钠-聚丙烯酰胺（PSP）水凝胶，具有抗移位和抗肿瘤侵入的功能。这种类似袖状的支架是通过3D打印技术制成的，没有网状结构，可作为防止肿瘤侵入的物理屏障，同时还具备可调节的机械性能以及更强的组织黏附性。本研究还对PSP@TPU涂层支架界面的稳定性以及支架的抗移位性能进行了测试，以评估其临床应用潜力。
章节要点
材料
海藻酸钠（SA，纯度90%，M/G比值为1:2）、丙烯酰胺（AM）、盐酸多巴胺（DA）、N,N′-亚甲基二丙烯酰胺（MBA）、过硫酸铵（APS）以及N,N,N′,N′-四亚甲基二胺（TEMED）均购自上海马克林生化科技有限公司。聚氨酯95A（TPU）则由深圳光华伟业有限公司生产。实验中所用的水为实验室自制的去离子水。
聚多巴胺-海藻酸钠-聚丙烯酰胺（PSP）涂层水凝胶的制备
黏稠型PSP涂层水凝胶的制备过程如图1(a)所示。PDA-SA
PSP水凝胶及PSP@TPU涂层支架的制备
按照图1所示的合成流程，首先制备出了海藻酸钠-聚丙烯酰胺（SP）涂层水凝胶以及聚多巴胺-海藻酸钠-聚丙烯酰胺（PSP）涂层水凝胶，随后又制成了PSP水凝胶涂层TPU（PSP@TPU）肠道支架。如图2(a)所示，SP涂层水凝胶呈透明状；而加入PDA后，水凝胶涂层的颜色变成了深黄色。这些聚合物肠道支架是通过3D打印技术制造的，水凝胶涂层则是通过某种工艺形成的
结论
本研究通过3D打印技术制成了一种封闭式袖状聚合物支架，该支架表面涂覆有兼具柔韧性、抗压性且具有强组织黏附性的水凝胶涂层。通过引入聚多巴胺，优化了水凝胶的内部结构，改变了其孔径和密度，从而调控了其机械性能。聚多巴胺链上的大量儿茶酚羟基不仅提升了PSP水凝胶的组织黏附性，还增强了其与TPU支架之间的界面稳定性。这种3D打印而成的TPU肠道支架
作者贡献说明
Zekun Su：文章撰写——审阅与编辑、文章撰写——初稿撰写、方法学、实验研究、数据整理、概念构思。Wenyun Hou：文章撰写——审阅与编辑、方法学、实验研究、概念构思。Xuhui Wang：方法学、实验研究。Guoqing Gao：方法学、实验研究。Chang Xu：文章撰写——审阅与编辑、项目监督、方法学、概念构思。Guixue Wang：文章撰写——审阅与编辑、项目监督、方法学。Xufeng Dong：文章撰写——审阅与编辑、项目监督，
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢辽宁省自然科学基金（编号：2024-BS-335）、大连市优秀青年科技人才项目（编号：2024RY007）以及中国中部地区高校基本科研业务费（编号：DUT24LK002、2024ZDJH01PT028）提供的支持。
Zekun Su|Wenyun Hou|Xuhui Wang|Guoqing Gao|Chang Xu|Guixue Wang|Xufeng Dong
