在9月27日閉幕的第二十五屆中國國際工業(yè)博覽會（以下簡稱“工博會”）上，華東師大11項(xiàng)創(chuàng)新成果在高校展區(qū)展出，成果涵蓋生命健康、醫(yī)療器械、高端裝備制造、環(huán)保新能源等多個領(lǐng)域。其中，華東師大自主研發(fā)的抗菌可降解水凝膠醫(yī)療支架項(xiàng)目，積極回應(yīng)民生關(guān)切，破解技術(shù)瓶頸難題，受到廣泛關(guān)注。
第二十五屆中國國際工業(yè)博覽會華東師范大學(xué)展區(qū)
“支架放進(jìn)身體里，半年后還要再開一刀取出來，老人小孩哪經(jīng)得起這么折騰？”不少患者家屬的擔(dān)憂，道出了傳統(tǒng)醫(yī)用支架的痛點(diǎn)。華東師范大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功研制出國內(nèi)首款抗菌可降解水凝膠導(dǎo)管支架，有望實(shí)現(xiàn)支架隨組織愈合智能降解，解決傳統(tǒng)支架降解速度與愈合節(jié)奏不匹配的問題。
· 從患者痛點(diǎn)出發(fā)，嘗試破解傳統(tǒng)支架的兩難困境
據(jù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、化學(xué)與分子工程學(xué)院化學(xué)系張利東教授介紹，目前臨床上用的支架多是塑料、金屬材質(zhì)，“放進(jìn)去就賴著不走，后期需要手術(shù)取出”；部分新型可降解支架，降解速度一刀切，“有時降解太快，組織還沒長好就塌了，導(dǎo)致再次堵塞；有時降解太慢，殘留的支架刺激黏膜，甚至引發(fā)感染”。
張利東表示，這些兩難問題，正是他們研發(fā)的初心。“比如冠心病患者植入金屬支架后，可能面臨支架內(nèi)血栓風(fēng)險；前列腺增生患者用的塑料輸尿管支架，植入一段時間后就得通過內(nèi)鏡取出，過程痛苦還易感染。”張利東說：“我們就是要做一款懂得身體的支架——既不用取，又能精準(zhǔn)匹配組織愈合速度，還能防止感染。”
· 像剝洋蔥一樣逐級降解，契合身體節(jié)奏
這款新型水凝膠支架的核心設(shè)計(jì)巧思，集中在梯度交聯(lián)與逐級降解兩項(xiàng)技術(shù)上。通俗理解類似多層洋蔥結(jié)構(gòu)，支架各層的致密程度不同，對應(yīng)的降解速率也存在差異。
如上圖所示，研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對該水凝膠支架開展了體外概念性驗(yàn)證，核心是設(shè)計(jì)梯度交聯(lián)結(jié)構(gòu)：其交聯(lián)密度從管內(nèi)壁到外表面逐步遞增。
設(shè)計(jì)邏輯圍繞 “適配組織愈合進(jìn)程” 展開：通過調(diào)控不同層級的降解時序，讓支架分層發(fā)揮作用——內(nèi)層側(cè)重早期降解，匹配組織初步愈合需求；外層聚焦長效支撐，維持管腔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定至組織完全修復(fù)；中間層則憑借過渡性的降解速率與硬度，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外層功能的順暢銜接。
這種階梯式降解進(jìn)程，有望徹底解決傳統(tǒng)支架降解速度與愈合節(jié)奏不匹配的問題，避免了堵塞、刺激等風(fēng)險。更貼心的是，支架還具有抗菌成分，就像給支架穿上了防護(hù)衣，能有效降低管道組織感染等常見并發(fā)癥的發(fā)生率，這也是傳統(tǒng)塑料、金屬支架沒有的優(yōu)勢。
· 原創(chuàng)突破，核心工藝中國造
從材料合成到制備工藝，這款支架的核心技術(shù)，均由華東師范大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)，在國際上也處于領(lǐng)先水平。此前，國外也有可降解支架研究，但要么依賴特殊材料，成本高昂；要么工藝復(fù)雜，難以規(guī)模化生產(chǎn)。
此次華東師范大學(xué)團(tuán)隊(duì)不僅自主研發(fā)了兼具柔韌性和支撐力的水凝膠材料，還能在體內(nèi)完全降解為無害的小分子，被身體吸收；更通過自主設(shè)計(jì)的工藝反應(yīng)流程，實(shí)現(xiàn)了水凝膠輸尿管、心臟等支架的結(jié)構(gòu)加工。
工博會現(xiàn)場展示的可降解水凝膠導(dǎo)管支架
中空可降解水凝膠心血管支架
目前，團(tuán)隊(duì)已圍繞這項(xiàng)技術(shù)申請了十余項(xiàng)國家發(fā)明專利，覆蓋材料合成、工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品應(yīng)用等全鏈條，徹底打破了國外在可降解醫(yī)用支架領(lǐng)域的專利壁壘，為后續(xù)產(chǎn)業(yè)化打下了中國自主的基礎(chǔ)。
· 十年攻關(guān)筑基礎(chǔ)，未來邁向智慧醫(yī)療
此次研發(fā)的新型水凝膠支架，是在化學(xué)與分子工程學(xué)院優(yōu)質(zhì)科研平臺支撐下，由張利東教授科研團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)數(shù)年深耕打磨而成的科研成果。據(jù)介紹，吸水后的水凝膠材料模量極低、質(zhì)地柔軟且易變形，如何將其制備為兼具高強(qiáng)韌性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的醫(yī)療器械，一直是該領(lǐng)域的核心技術(shù)挑戰(zhàn)。
自2016年起，該團(tuán)隊(duì)便聚焦可降解醫(yī)用水凝膠材料領(lǐng)域開展系統(tǒng)性研究，先后攻克水凝膠力學(xué)強(qiáng)度不足、管狀結(jié)構(gòu)加工工藝不成熟、降解速率難以精準(zhǔn)調(diào)控、抗菌性能不穩(wěn)定等多項(xiàng)核心技術(shù)難題，為這款支架的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化筑牢了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
更為關(guān)鍵的是，該水凝膠支架的小動物實(shí)驗(yàn)結(jié)果已提供重要支撐：支架管植入動物體內(nèi)后，未引發(fā)組織炎癥或刺激反應(yīng)，其生物安全性得到有效驗(yàn)證。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員在工博會現(xiàn)場接受媒體采訪
后續(xù)，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步推進(jìn)臨床前研究，力爭早日進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，讓患者盡早用上這款“中國智造”的醫(yī)療器械。
團(tuán)隊(duì)還透露，未來將探索該支架與人工智能技術(shù)的融合，計(jì)劃在支架內(nèi)部嵌入微型傳感器，實(shí)時監(jiān)測患者體內(nèi)液體流量、感染風(fēng)險等關(guān)鍵指標(biāo)，并搭建數(shù)字化醫(yī)療監(jiān)測平臺。屆時，這款支架不僅能實(shí)現(xiàn)體內(nèi)自降解，以避免二次手術(shù)，還能化身守護(hù)管腔健康的“智能哨兵”，為臨床診療提供更精準(zhǔn)的支持。
近年來，華東師范大學(xué)深入貫徹落實(shí)國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，堅(jiān)持以“技術(shù)自由島”為理念引領(lǐng)，以構(gòu)建“科研+資本”增強(qiáng)螺旋為核心目標(biāo)，系統(tǒng)推進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化機(jī)制改革。學(xué)校通過政策鏈“筑基”、服務(wù)鏈“護(hù)航”、資金鏈“賦能”的有機(jī)協(xié)同，構(gòu)建起“三鏈協(xié)同”的創(chuàng)新支撐體系，有效破除體制機(jī)制障礙，推動創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、資金鏈、人才鏈深度融合，全面提升科技成果轉(zhuǎn)化效能，為加快培育新質(zhì)生產(chǎn)力、服務(wù)中國式現(xiàn)代化注入強(qiáng)勁動能、貢獻(xiàn)師大智慧。
文、來源 | 科技處、化學(xué)與分子工程學(xué)院 圖｜朱立峰、張利東 編輯 | 戴琪、范祎 編審｜郭文君
