栓塞这件事,一直有一个两难。

不可切除的肝细胞癌,介入医生最常用的手段之一是经动脉栓塞(TAE):从导管把栓塞材料送进肿瘤的供血动脉,断它的粮。但两类主流栓塞剂各有短板——碘油乳剂能钻进远端毛细血管,却是"水一样的东西",界面粘附弱,容易被血流冲散再通;固体微球堵得牢,可它是刚性的,挤不进远端细小分支,只能堵在近端。液体留不住,固体进不去,短期栓塞失败屡屡发生。

 

近日,中国科学院理化技术研究所王树涛团队联合中国医科大学附属第一医院邵海波、中国科学院高能物理研究所谷战军团队在 Advanced Materials 上发表了一项工作,给出的是第三种思路:造一颗"长着纤毛的油滴"。灵感来自生物界面——纳米柱、纳米纤维、纳米纤毛这些高长径比结构,能够通过物理交织形成稳定的"纳米互锁"(nano-interlocking),让界面粘附变得持久且耐剪切。研究团队把这个思路引入介入栓塞材料:制备出双不对称的 Janus 纤毛微粒,让它在碘油-水界面自组装成类 Pickering 结构的 CS-lipiodol 液滴,既保留了可变形性,又获得远超传统栓塞剂的界面粘附。

 

Scheme 1 CS-lipiodol 液滴用于长期经动脉栓塞(TAE):具有纳米形貌与润湿性双重不对称的 Janus 纤毛微粒在碘化油–水界面自组装,借纤毛纳米互锁与类 Pickering 结构形成强粘附、可变形的栓塞液滴,疗效优于固体微球与碘化油乳剂。


第一步,是造"双不对称"的微颗粒。

研究人员用十字形微流控芯片制备单分散 O/W 乳液,在液滴内一步完成 PLGE 与 PS 的相分离和纤毛纳米结构生长,得到 Janus 纤毛微颗粒(Janus Cilia-MPs):直径 4.46 ± 0.21 μm,一半是长满 0.57 ± 0.18 μm 纤毛的亲水半球(接触角约 40°),一半是光滑的疏水半球(接触角约 102°)——形态不对称,润湿性也不对称。随后用 2 mol/L 盐酸水解 6 小时,露出羧基,进一步增强纤毛面的亲水性。


第二步,让颗粒自己找到位置。

把这些颗粒和碘油(Lipiodol)一起乳化,双不对称性会驱动颗粒定向锚定在油-水界面上:疏水半球插进油核,纤毛半球朝外探进水相,形成一种 Pickering 式的"纤毛结构碘油液滴"(CS-lipiodol)。作者将液滴尺寸优化在 123.58 ± 27.67 μm,接近商用栓塞微球的量级,且 12 个月存储稳定,批次放大到 20 克、产率超过 90%。

 

图 1 CS-lipiodol 的微流控制备与表征:十字芯片内一步完成相分离与纤毛生长,得到半面带纤毛的 Janus 微粒(a、b);其在碘化油–水界面自组装成核壳液滴(c–f),平均粒径约 123.58 µm(g),冷冻电镜证实为类 Pickering 结构(h、i),粒径可经搅拌速度、油 / 悬液比例与微粒浓度三参数调控(j–l)。


它凭什么"粘"?答案是纳米互锁。

AFM 力曲线给出了直观证据:纤毛颗粒与内皮细胞的粘附力,是光滑颗粒的 2.6 倍;颗粒与颗粒之间的粘附力,提高了 7.6 倍。纤毛彼此穿插、与内皮细胞的伪足纠缠,像无数微小的"魔术贴"同时工作。粘附功数据更能说明问题:纤毛-细胞为 27 nN·μm,光滑颗粒-细胞只有 12。

 

图 2 AFM 单颗粒测力显示:纤毛半球对内皮细胞的粘附力是光滑半球的 2.6 倍、纤毛之间更是光滑面的 7.6 倍(a、b);力–距离曲线、粘附功与分离距离(c–e)共同表明纤毛粘附 "拖得长、耗散大",SEM(f)直观呈现纤毛与细胞伪足、纤毛与纤毛彼此缠结的纳米互锁。
粘住了,还要"挤得进去"。


这颗液滴同时保留了液体的本性——可变形。在 300–80–300 μm 的喉道玻璃毛细管里,CS-lipiodol 能通过 80 μm 窄喉并回弹;剪切速率 0.1/s 时粘度约 50000 mPa·s(是碘油的 700 倍以上),且剪切稀化,不同直径液滴的注射力均低于 10 N,适合经导管推注。


体外栓塞模型的结果很说明问题:在带内皮细胞的直通道里,把 CS-lipiodol 冲脱需要的力(5.0 N)是固体微球(2.0 N)的 2.5 倍;分支通道栓塞面积达到 85%(固体微球只有 25%,纯碘油融合后为 0%);离体大鼠肝灌注里,CS-lipiodol 的血管覆盖面积 66.1%,微球只有 20%。

 

图 3 CS-lipiodol 能拉长挤过 80 µm 毛细管喉部并恢复球形(a、b),呈剪切变稀、G′>G″ 的类固体行为,注射力始终低于 10 N(c–e);在预种内皮细胞的微流控通道中更难被冲脱(f–h),分叉通道内近端、远端一并致密闭塞约 90%(固体微球仅约 30%、碘化油融合失效)(i–k);去细胞大鼠肝中栓塞面积达 66.1%,远高于固体微球的约 20%(l–n)。


真正的考验在体内。

兔肾全栓塞模型中,Day 14 时 CS-lipiodol 组的栓塞率仍维持在 78% 左右,而固体微球组和碘油组分别回落到 23% 和 20%——约为商用栓塞剂的 3 倍;局部栓塞模型跟踪到 Day 35,CS-lipiodol 保留率 54.8%,是对照的 2.1 倍,且非栓塞区未见明显损伤。

 

图 4 兔肾模型验证长期抗再通:术后即刻各组闭塞率均约 90%,但第 14 天固体微球与碘化油组明显再通,唯 CS-lipiodol 仍维持 81.40% 栓塞率(约 3 倍),伴广泛凝固性坏死、核密度最低(b–e);更严苛的单支动脉局部栓塞中,第 35 天 CS-lipiodol 滞留约 54.8%,为无纤毛 PS-lipiodol(约 26.1%)的 2.1 倍(f–h)。

 

最后的证据来自兔子原位 VX2 肝癌模型:只有 CS-lipiodol 组的肿瘤体积在缩小(14 天较术前下降 17.28%,而对照组增大 5.2 cm³),中位生存期延长至约 40 天。病理切片对齐了这一结果:TUNEL 凋亡信号最强,反映血管新生密度的 CD31 阳性比例仅 10%(对照组 44%)。

 

图 5 兔原位 VX2 肝癌模型(a):得益于碘化油核固有的 X 线阻射性,含碘化油各组无需造影剂即可在 DSA 下实时显示肿瘤,而唯 CS-lipiodol 到第 14 天仍维持瘤内致密沉积、边界清晰(b–d);同期仅 CS-lipiodol 组肿瘤相对缩小 17.28%(约减 0.3 cm³,商用微球 / 碘化油组反增约 1.9、2.4 cm³),离体瘤苍白皱缩(e–g);各组体重无明显下降(h),CS-lipiodol 组中位生存期延长至约 40 天(对微球、碘化油均 p<0.01)(i),全程不载药。


这篇文章真正值得琢磨的地方,不是"造了一种新材料",而是换了一个解题维度。


它没有去改变药物,也没有去改变载体——碘油还是碘油。它改变的是界面:用纳米级结构,把"液滴-血管壁""液滴-液滴"两对界面都从弱粘附变成强互锁。这让栓塞剂第一次同时拿到了液体的可变形性和固体的粘附强度。作者也提到,这个平台还能载客药、做磁操控,往其他瘤种拓展。


当然,要客观地说,动物模型到临床还有不少路要走:长期代谢、更大样本的安全性、批量质控,都需要时间回答。但既然介入栓塞的痛点相当明确,这类"界面工程"的思路,值得搞材料和做介入的人都多看一眼。

 

论文链接:https://doi.org/10.1002/adma.74660


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