过程工程所在可注射水凝胶内镜无创修复胃肠瘘方面取得新进展

胃肠瘘是消化道与其他器官或组织之间形成的异常通道，是外科手术、创伤、炎症性疾病及恶性肿瘤的常见并发症，严重时可危及生命。过程工程所生物药制备与递送全国重点实验室白硕研究员团队与中日友好医院消化内科李靖涛团队合作，受蛞蝓黏液的启发，构建了一种热响应型水凝胶密封剂，实现了胃肠瘘的内镜下一步注射与原位封堵，并在巴马猪活体模型中验证了其修复效果，为胃肠瘘的微创治疗提供了新思路。相关工作于10月30日发表于 Nature Biomedical Engineering（DOI: 10.1038/s41551-026-01820-6）。

研究成果发表于Nature Biomedical Engineering期刊

现有内镜治疗手段仍存在支架易移位、钛夹封堵易复发、内镜缝合操作复杂等局限，术后组织粘连问题也给临床治疗带来挑战，亟需发展更加安全有效的微创修复策略。

生活在湿润丛林中的蛞蝓依靠分泌的黏液，可将树蛙牢牢黏附于树枝上。这种防御性黏液富含带正电的蛋白，可通过静电作用和物理缠结牢固黏附于湿润组织，并在金属离子及环境因素作用下由溶液转变为凝胶。受此启发，研究团队将线性聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）与Ga³⁺配位，制备得到了PGa^III密封剂。该密封剂在25°C下为透明流动“黏液”，可顺畅通过27G针头和标准内镜通道，到达37°C的体内环境后，约30秒内即转变为凝胶。带负电的接触组织一侧通过静电吸附与拓扑缠结形成牢固锚定，朝向腔内的一侧则保持非黏附，从而在注射、黏附与收缩一步完成的同时，实现“一面黏、一面不黏”的双面不对称（Janus型）黏附，研究团队将这一机制命名为SET（slug-inspired electrostatically-assisted topological）Janus黏附。该设计解决了可注射水凝胶难以兼顾剪切均质化与不对称黏附结构的矛盾。

体外实验显示，PGa^III黏附面的剪切强度约为10.46 kPa，非黏附面仅约0.11 kPa，两者相差近百倍，离体猪胃10 mm穿孔封堵后无渗漏。该水凝胶在37°C下发生疏水转变并主动排水，使其黏附强度和爆破压在pH 1.0模拟胃酸中浸泡后不降反升，而商品化纤维蛋白胶则明显下降，同时水凝胶表面积收缩约51.6%，产生向心牵引力，避免了溶胀撑大瘘口的问题。此外，Ga³⁺可干扰细菌铁代谢，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制效率约98.6%，细胞毒性、溶血及长期体内安全性评价良好。在大鼠胃瘘模型中，PGa^III组术后死亡率仅为3.3%，低于缝合组（6.7%）和纤维蛋白胶组（56.7%），且几乎无术后粘连，第21天胃壁结构接近完全恢复，而后两组均出现严重粘连。在巴马猪模型中，研究团队经内镜将PGa^III施加至直径约20mm的胃瘘处，14天后瘘口完全闭合、黏膜光滑，修复质量优于钛夹组，且无异物残留。

该研究为胃肠瘘的内镜微创治疗提供了一种即用型、操作流程简便的新型生物密封剂，也为其他脏器瘘的修复和面向微创手术的新一代医用密封材料设计提供了思路。研究团队表示，后续将进一步开展Ga³⁺在大动物体内的代谢与清除、胃肠道pH波动对降解速率的影响等研究，并优化导管递送系统及规模化制备工艺，推动临床转化。需要指出的是，相关成果目前仍处于动物水平的临床前研究阶段，实际临床疗效有待进一步验证。相关技术已布局6项授权专利，并已被筛选进入国家药监局器审中心成果转化备案项目(绿色通道)，具有完整的知识产权保护和广阔的临床落地前景。

近年来，过程工程所白硕研究员团队聚焦智能凝胶诊疗器件的制备及其生物医学应用领域，相关工作相继发表于Sci. Adv. 2024, 10, eadr7218; Nat. Commun. 2025, 16, 6044; Adv. Mater. 2024, 2415445; Adv. Mater. 2023, 35, 2209606; Matter 2022, 5, 3643–3658; Adv. Sci. 2025, 2412507; Cell Biomater. 2026, 2, 100314; ICML 2026, 306, 77298–77343等期刊。

过程工程所副研究员梁森、中日友好医院主任医师李靖涛为论文共同第一作者，并与过程工程所研究员白硕共同担任通讯作者。该工作得到了北京市自然科学基金重点项目、高水平医院临床研究基金、生物药制备与递送全国重点实验室自主部署项目基金、稀土新材料技术创新中心开放课题等的支持。

可注射Janus粘附水凝胶的作用机制与体内应用示意图

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41551-026-01820-6

（生物剂型与生物材料研究部）