结直肠癌是全球第三大常见癌症，结直肠癌患者常伴有急性结直肠梗阻。由于传统的手术切除和化疗/放疗方法会产生严重的副作用，支架置入是缓解晚期、伴有肠外恶性肿瘤、手术风险高和健康状况不佳患者恶性肠梗阻的有效方法。自膨式支架虽已广泛用于治疗恶性肠梗阻，但由于缺乏持续的抗肿瘤能力，几乎在全部裸支架内腔发现肿瘤长入。尽管改进的部分/全覆膜支架在一定程度上可以抑制肿瘤生长，但仍然在超过半数的患者中发现支架内腔长入了肿瘤。此外，部分/全覆膜支架导致支架移位风险大大增加，整体移位率可达30%-50%。因此，开发具有抗肿瘤和抗移位能力的多功能结直肠支架用于治疗恶性肠梗阻具有重要意义。
通过多学科交叉，哈尔滨工业大学冷劲松院士团队提出一种简单有效的策略，成功地将抗肿瘤、抗移位和载药能力整合到单一的3D打印仿生结直肠支架中。
师法自然，基于自然界中具有高粘附能力的生物结构，包括壁虎足、树蛙趾垫和章鱼吸盘，开发了三种仿生结直肠支架以减少支架移位。三种生物结构分别具有以下特征保证了各自的高粘附性：壁虎足上无数的刚毛使壁虎能够以超过1 m s-1的速度在垂直表面上爬行；树蛙趾垫上由窄通道分隔的六边形微结构确保树蛙在攀爬过程中能够牢固地附着攀爬表面；章鱼吸盘由一个孔和一个圆顶状突起组成，可以通过结构凹陷产生的空隙固定在底座上。基于上述生物结构，设计了表面具有刚毛状、六角形和章鱼吸盘状微结构的仿生结直肠支架。支架由主体和两端的蘑菇头组成，蘑菇头可以进一步降低移位风险。
图1 多功能仿生结直肠支架的设计
此项工作的先进性在于：
✦ 1） 光热功能化的非网状仿生支架大大降低了肿瘤长入支架内腔的风险。不仅从物理上阻止了肿瘤向内生长，且通过优异的光热性能保证了肿瘤的消融。
✦2）仿生表面微结构大大提高了支架的抗移位能力，仿章鱼支架抗移位能力与光滑支架相比提高到了470%。
✦3）与传统编织结直肠支架制备方法相比，此工作中仿生结直肠支架采用增材制造方式制备，为个性化定制支架、实现精准医疗提供了可能。
图2 多功能仿生个性化结直肠支架工作原理及功能
多功能仿生结直肠支架的制造过程简便、高效，为临床应用的大规模生产奠定了基础。此外，支架制备方法符合个性化医疗的时代潮流，有望在恶性结直肠梗阻方面展示出广泛的应用潜力。
相关成果以“3D Printed Bioinspired Stents with Photothermal Effects for Malignant Colorectal Obstruction”为题发表在Research期刊上。
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