浙江大學(xué)：腸道吻合術(shù)！4D打印可控變形和降解的形狀記憶吻合環(huán)

來源：高分子科學(xué)前沿

腸道吻合術(shù)是指切除部分帶病腸道后將其連接并重建的重要技術(shù)，這在腹部外科手術(shù)中非常常見。理想的吻合術(shù)要求吻合口牢固，無吻合口瘺、出血或梗阻等并發(fā)癥。早期臨床上使用的吻合技術(shù)主要是手工縫合，后逐漸被無縫合吻合技術(shù)替代，如借助金屬釘及輔助器械實(shí)現(xiàn)的機(jī)械腸道吻合。目前報(bào)道最多的是由具有生物相容性的高分子材料制成的可降解腸吻合環(huán)，但是該一體式的大體積結(jié)構(gòu)在吻合手術(shù)中不易置入腸道，增加了消化道內(nèi)容物流出導(dǎo)致感染炎癥的風(fēng)險(xiǎn)。

近日，浙江大學(xué)化工學(xué)院趙騫教授與附屬第一醫(yī)院劉劍團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種分體式的具有形狀記憶效應(yīng)的可降解腸吻合環(huán)。如圖1所示，借助模具均勻壓縮使得吻合環(huán)固定直徑為原來1/ 2的臨時(shí)形狀，將其與可酸溶解的殼聚糖水袋和輔助管進(jìn)行組裝得到備用的吻合環(huán)。在大腸腫瘤的兩側(cè)分別剪開小洞置入縮小后的內(nèi)環(huán)體和外環(huán)體。注入熱水使縮小后的吻合環(huán)受熱發(fā)生形狀回復(fù)。剪去腫瘤段腸道后，內(nèi)環(huán)體插入外環(huán)體中通過卡扣結(jié)構(gòu)吻合在一起，此時(shí)吻合環(huán)傘狀外圈將大腸兩端緊緊地接觸在一起，使其逐漸發(fā)生愈合。

圖1. 形狀記憶吻合環(huán)的組裝和吻合示意圖

一般來說，良好的形狀回復(fù)需要材料具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)，而交聯(lián)對材料降解有阻礙影響。在這項(xiàng)工作中，通過聚乳酸（PLA）和聚乳酸-乙醇酸（PLGA）不同比例的熔融共混實(shí)現(xiàn)了形狀記憶性能和降解性能之間的平衡。同時(shí)添加增塑劑得到了具有合適回復(fù)溫度的可變形可降解材料。采用熔融沉積3D打印技術(shù)制備了具有特殊菱形網(wǎng)格和卡扣結(jié)構(gòu)的吻合環(huán)。該結(jié)構(gòu)有助于最大化減小臨時(shí)形狀的壓縮體積，從而便于置入腸道。圖2展示了吻合環(huán)形狀記憶的過程，內(nèi)外環(huán)體在發(fā)生形狀回復(fù)后可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定牢固的吻合。

圖2. 吻合環(huán)的形狀記憶與吻合過程

以豬大腸為例，通過吻合環(huán)實(shí)現(xiàn)了兩斷腸的連接與重建（圖3）。吻合口結(jié)構(gòu)前后左右都不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，吻合環(huán)具有良好的機(jī)械支撐作用，仍能保持腸道的暢通。一個(gè)月左右腸道發(fā)生愈合，吻合環(huán)由于降解機(jī)械性能下降，在腸道的蠕動(dòng)下碎裂而排出體外。由于個(gè)體的腸道尺寸各異， 3D打印靈活定制和構(gòu)建復(fù)雜形狀的優(yōu)勢得以體現(xiàn)，在3D打印基礎(chǔ)上加以變形的4D打印降低了手術(shù)過程中將吻合環(huán)置入腸道的難度。該工作進(jìn)一步促進(jìn)了4D打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。

圖3. 豬大腸吻合過程

該成果以“4D printed shape memory anastomosis ring with controllable shape transformation and degradation”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上。其中，浙江大學(xué)化工學(xué)院彭文�。ìF(xiàn)為浙江理工大學(xué)特聘研究員）為第一作者，浙江大學(xué)化工學(xué)院趙騫教授和浙江大學(xué)附屬第一醫(yī)院劉劍主任醫(yī)師為共同通訊作者。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202214505