浙江大学：肠道吻合术！4D打印可控变形和降解的形状记忆吻合环

来源：高分子科学前沿

肠道吻合术是指切除部分带病肠道后将其连接并重建的重要技术，这在腹部外科手术中非常常见。理想的吻合术要求吻合口牢固，无吻合口瘘、出血或梗阻等并发症。早期临床上使用的吻合技术主要是手工缝合，后逐渐被无缝合吻合技术替代，如借助金属钉及辅助器械实现的机械肠道吻合。目前报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肠吻合环，但是该一体式的大体积结构在吻合手术中不易置入肠道，增加了消化道内容物流出导致感染炎症的风险。

近日，浙江大学化工学院赵骞教授与附属第一医院刘剑团队报道了一种分体式的具有形状记忆效应的可降解肠吻合环。如图1所示，借助模具均匀压缩使得吻合环固定直径为原来1/ 2的临时形状，将其与可酸溶解的壳聚糖水袋和辅助管进行组装得到备用的吻合环。在大肠肿瘤的两侧分别剪开小洞置入缩小后的内环体和外环体。注入热水使缩小后的吻合环受热发生形状回复。剪去肿瘤段肠道后，内环体插入外环体中通过卡扣结构吻合在一起，此时吻合环伞状外圈将大肠两端紧紧地接触在一起，使其逐渐发生愈合。

图1. 形状记忆吻合环的组装和吻合示意图

一般来说，良好的形状回复需要材料具有交联结构，而交联对材料降解有阻碍影响。在这项工作中，通过聚乳酸（PLA）和聚乳酸-乙醇酸（PLGA）不同比例的熔融共混实现了形状记忆性能和降解性能之间的平衡。同时添加增塑剂得到了具有合适回复温度的可变形可降解材料。采用熔融沉积3D打印技术制备了具有特殊菱形网格和卡扣结构的吻合环。该结构有助于最大化减小临时形状的压缩体积，从而便于置入肠道。图2展示了吻合环形状记忆的过程，内外环体在发生形状回复后可以实现稳定牢固的吻合。

图2. 吻合环的形状记忆与吻合过程

以猪大肠为例，通过吻合环实现了两断肠的连接与重建（图3）。吻合口结构前后左右都不会发生移动，吻合环具有良好的机械支撑作用，仍能保持肠道的畅通。一个月左右肠道发生愈合，吻合环由于降解机械性能下降，在肠道的蠕动下碎裂而排出体外。由于个体的肠道尺寸各异， 3D打印灵活定制和构建复杂形状的优势得以体现，在3D打印基础上加以变形的4D打印降低了手术过程中将吻合环置入肠道的难度。该工作进一步促进了4D打印在医学领域的发展。

图3. 猪大肠吻合过程

该成果以“4D printed shape memory anastomosis ring with controllable shape transformation and degradation”为题发表在Advanced Functional Materials上。其中，浙江大学化工学院彭文俊（现为浙江理工大学特聘研究员）为第一作者，浙江大学化工学院赵骞教授和浙江大学附属第一医院刘剑主任医师为共同通讯作者。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202214505