一種介入手術輔助的微凝膠集群系統，可在醫療影像設備實時引導下完成動脈瘤的按需栓塞，以彌補傳統栓塞療法在填充與靶向效率上的不足。集群系統的每個基本構件是直徑在微米級的凝膠微球，其主要由pH響應型自癒合水凝膠基質、磁性納米顆粒和造影摻雜劑構成。

 

由香港中文大學（中大）醫學院余俊豪教授及工程學院張立教授領導的跨學科研究團隊成功開發了「自粘微凝膠集群」，可防止動脈瘤持續膨脹以至破裂，成為嶄新的栓塞治療策略。這項研究已在著名的國際科學期刊《Science Advances》上發表。

研究團隊設計的微型機械人平台突破了動脈瘤在血流高速流動下難被完全填充的瓶頸，為生物組織內的實時追蹤和性能評估，提供圖像引導的介入輸送策略。是次發明也適用於其他器官的非入侵性栓塞治療，以控制出血。

關於動脈瘤和目前治療方法的局限性

動脈瘤是一種典型的血管畸形，是指血管壁上異常的、向外鼓起或膨脹的區域。它可發生在人體的任何部位（如主動脈、腹部、腦部等），沒有任何症狀，但破裂後可能誘發嚴重的內出血，成為高度致命的疾病，在某些身體部位的死亡率高達40%。

儘管基於血管內輸送栓塞劑（如金屬線圈、聚合物球體、膠凝液）的栓塞治療提供了一種臨床上可行的手段，來堵塞動脈瘤並阻斷進入動脈瘤的血流，但現有的栓塞治療可能無法完全填充動脈瘤囊，並可能導致嚴重的併發症，如栓塞材料的溢出或碎裂導致遠端血管意外閉塞，特別是對於巨大的動脈瘤或由較大血管空間組成的主動脈夾層。因此，醫學界迫切需要一種具有更好的填充可控性、血管內環境相容性和臨床表現的新栓塞策略。

新平台突破因血流高速流動下難將動脈瘤完全填充的瓶頸

在新平台中用作填充動脈瘤的微型機械人，每個構件為一個微型球體，每個球體由pH響應型自癒水凝膠基質¹、磁性納米粒子和造影摻雜物組成。在導管的協助和在實時圖像引導下，大量微凝膠被置入並集中到動脈瘤囊中。當加入酸性溶液時，微凝膠之間的自粘機制被激活，將它們焊接成一個整體，填充動脈瘤（詳見附錄）。

在平均速度高達每秒20厘米的人工血流環境中，微凝膠在動脈瘤模型和人類胎盤中實現了高效和選擇性的積累，填充率超越95%。微凝膠栓塞在生理環境中表現出穩定的自粘性，至少可持續半年，並表現出令人滿意的生物或血液相容性。

中大工程學院機械與自動化工程學系教授張立教授表示：「是次與中大醫學院的研究中，我們展示了一種新方法，利用帶有磁性微凝膠的圖像引導微型機械人平台進行血管內動脈瘤栓塞治療。未來，我們將繼續進行對微型和納米機械人的研發，以更好地控制體內成像和搖距控制。另一方面，我們將與醫學院的同事共同努力，進行醫療微型機械人的轉化研究，有望早日應用到病人身上。」

中大醫學院影像及介入放射學系教授余俊豪教授指出：「這項嶄新的栓塞技術很好地說明了醫學和工程學之間共同研究的價值，當中的合作不但解決臨床問題，同時制定可行的生物相容性概念，亦驗證其臨床安全性和有效性。我可以看到磁場和圖像引導的微型機械人在血管介入治療領域的進一步發展和巨大的應用潛力。」

研究團隊目前正在緊密合作，通過動物實驗促進微型機械人栓塞治療的發展，並進一步進行臨床前研究和臨床評估。研究小組展望，新型栓塞療法將可發展為各種動脈瘤相關疾病的非侵入性方法，為患者提供高效、安全和個人化的治療。

此項研究獲研究資助局、中國國家自然科學基金、香港中文大學–中國科學院深圳先進技術研究院機器人與智慧系統聯合實驗室，以及InnoHK創新香港研發平台的醫療機械人創新技術中心支持。

 註1：pH響應型自癒水凝膠基質是會因應pH值改變（如接觸到酸性溶液）而自行粘合的物質。

附錄

新微型機械人集群平台的運作原理

1. 首先通過導管輔助輸送和部署微凝膠集群到動脈瘤頸部位置，藉此提供一條跨越生物屏障的「通道」，保護微型機械人免受免疫系統的影響。
2. 在超聲波和X光透視影像的實時引導下，經過編程的外磁場會引導和匯集微機械人集群至動脈瘤位置。
3. 隨後，通過導管注入酸性緩衝溶液，啟動微凝膠之間的自粘機制，將微凝膠焊接成一個整體。
4. 過程完成後，導管和磁場可被移除。