浙江大學：腸道吻合術！4D打印可控變形和降解的形狀記憶吻合環(huán)

來源：高分子科學前沿

腸道吻合術是指切除部分帶病腸道后將其連接并重建的重要技術，這在腹部外科手術中非常常見。理想的吻合術要求吻合口牢固，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主要是手工縫合，后逐漸被無縫合吻合技術替代，如借助金屬釘及輔助器械實現(xiàn)的機械腸道吻合。目前報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構在吻合手術中不易置入腸道，增加了消化道內(nèi)容物流出導致感染炎癥的風險。

近日，浙江大學化工學院趙騫教授與附屬第一醫(yī)院劉劍團隊報道了一種分體式的具有形狀記憶效應的可降解腸吻合環(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的臨時形狀，將其與可酸溶解的殼聚糖水袋和輔助管進行組裝得到備用的吻合環(huán)。在大腸腫瘤的兩側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。剪去腫瘤段腸道后，內(nèi)環(huán)體插入外環(huán)體中通過卡扣結構吻合在一起，此時吻合環(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，良好的形狀回復需要材料具有交聯(lián)結構，而交聯(lián)對材料降解有阻礙影響。在這項工作中，通過聚乳酸（PLA）和聚乳酸-乙醇酸（PLGA）不同比例的熔融共混實現(xiàn)了形狀記憶性能和降解性能之間的平衡。同時添加增塑劑得到了具有合適回復溫度的可變形可降解材料。采用熔融沉積3D打印技術制備了具有特殊菱形網(wǎng)格和卡扣結構的吻合環(huán)。該結構有助于最大化減小臨時形狀的壓縮體積，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)生形狀回復后可以實現(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)實現(xiàn)了兩斷腸的連接與重建（圖3）。吻合口結構前后左右都不會發(fā)生移動，吻合環(huán)具有良好的機械支撐作用，仍能保持腸道的暢通。一個月左右腸道發(fā)生愈合，吻合環(huán)由于降解機械性能下降，在腸道的蠕動下碎裂而排出體外。由于個體的腸道尺寸各異， 3D打印靈活定制和構建復雜形狀的優(yōu)勢得以體現(xiàn)，在3D打印基礎上加以變形的4D打印降低了手術過程中將吻合環(huán)置入腸道的難度。該工作進一步促進了4D打印在醫(yī)學領域的發(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，浙江大學化工學院彭文?。ìF(xiàn)為浙江理工大學特聘研究員）為第一作者，浙江大學化工學院趙騫教授和浙江大學附屬第一醫(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