磁凝膠，登上Nature！

磁流體“變身”智能凝膠，完美封堵左心耳，開啟房顫卒中預防新紀元

房顫患者左心耳易形成血栓，卒中風險增加5倍。左心耳封堵術是抗凝禁忌患者的有效預防手段，但現有Watchman等金屬封堵器與形態多樣的左心耳順應性差，難以實現完全封堵。這導致兩大臨床挑戰：封堵器周圍漏和裝置相關血栓，且倒鉤常造成心肌損傷，增加卒中風險。

鑒于此，中科院深圳先進院徐天添研究員、吳新宇研究員和阜外醫院王首正主任醫師、潘湘斌主任醫師提出了一種顛覆性的左心耳封堵策略：利用磁流體進行個性化、完全性的封堵。研究者將一種包含釹鐵硼（NdFeB）磁性顆粒和聚乙烯-乙烯醇（EVOH）聚合物的磁流體，通過心導管注入左心耳。在外部磁場的引導下，這種流體能抵抗高速血流的沖刷，并在接觸血液后幾分鐘內原位沉淀形成磁凝膠。在豬模型中長達10個月的體內實驗證實，這種磁凝膠具有極佳的長期穩定性和生物相容性。結果顯示，所有實驗豬均未出現裝置相關血栓或凝膠泄漏。與Watchman封堵器粗糙、不完整且易形成血栓的心內膜相比，磁凝膠表面形成的心內膜光滑、堅固且無血栓。磁凝膠與左心耳之間無縫貼合，且對心肌無任何損傷。這項技術有望為房顫患者的卒中預防提供一種長期、無血栓的臨床新方案。該研究成果以題為“Long-term thrombus-free left atrial appendage occlusion via magnetofluids”發表在最新一期《nature》上。

利用磁流體實現完全左心耳封堵（LAAO）

研究團隊提出的核心策略如圖1a所示：將磁流體通過導管注入左心耳。在外部磁場（50-200 mT）的幫助下，磁流體能抵抗高達1.4 m/s的血流沖擊（圖2b）。神奇的是，這種流體在接觸血液中的水分子后，會在幾十秒內通過液-液相分離（LLPS）原位沉淀成柔軟的磁凝膠（圖1b, c）。

為了驗證其效果，團隊進行了對比實驗。圖1d的micro-CT三維重建顯示，磁凝膠完美填充了豬左心耳的每一處縫隙，包括梳狀肌之間的空隙。而圖1e和1f的組織染色則揭示了決定性差異：Watchman封堵器表面形成的心內膜粗糙不完整，存在裝置相關血栓，其倒鉤造成了不可逆的心肌損傷。相比之下，磁凝膠表面形成的心內膜光滑、牢固且無血栓，與左心耳組織之間沒有任何縫隙，也未對心肌造成任何損傷。更重要的是，圖1g的造影圖像證明，這種磁流體能完美適應菜花型、仙人掌型、雞翅型乃至最難封堵的風袋型等各種類型的左心耳。

圖 1 | 使用磁流體完成LAAO，并比較磁凝膠與Watchman封堵器

所選磁流體與磁凝膠的材料特性表征

為何磁流體能成功？關鍵在于其獨特的材料特性。圖2a和2b的實驗直觀地證明了磁場的必要性：沒有磁場，非磁性液體會瞬間被血流沖走；而在磁場作用下，磁流體能穩固地停留在左心耳內。研究者收集了93名房顫患者的超聲數據，發現左心耳排空速度集中在20-60 cm/s，峰值達95 cm/s，而他們的體外模型流速更是設定在了1.4 m/s，遠超臨床常見值，驗證了磁流體在極端條件下的可靠性。

圖2c解釋了添加聚乙烯醇（PVA）的妙用：它能與組織形成氫鍵，增強磁凝膠的韌性和對心內膜的粘附力。流變學測試（圖2d-f）顯示，磁流體在磁場下粘度可控，接觸血液后約682秒即可完全凝膠化，20分鐘內凝膠化程度（DG）可達60%以上（圖2g）。圖2h的循環壓縮測試證明，在模擬心臟收縮的2.4 kPa壓力下，磁凝膠經過24小時、上萬次循環后仍性能穩定。更令人驚喜的是，在模擬血液環境中浸泡7天后，磁凝膠的斷裂強度、應變、壓縮模量和斷裂能均顯著增強（圖2i），表明其“越用越牢”。此外，整個凝膠化過程溫度變化極小，紅外熱成像顯示60秒內無明顯升溫（圖2j），避免了傳統材料高溫對心肌的損傷風險。

圖 2 | 所選磁流體和磁凝膠的材料特性

大鼠開胸封堵實驗

在大鼠模型中，研究團隊首先驗證了磁流體的長期安全性。術后3個月的造影和micro-CT顯示，磁凝膠在左心耳內穩定無位移（圖3b）。6個月后，心內膜已完全封閉左心耳口（圖3c）。重要的是，大鼠的射血分數（EF）和縮短分數（FS）在術后3個月與術前無顯著差異（圖3d），表明心功能未受影響。術后6個月的血液檢查（血小板計數、凝血時間、轉氨酶等）均在正常范圍（圖3e），證實了其出色的血液相容性。圖3f的組織和免疫熒光染色清晰地展示了6個月后完整的心內膜覆蓋。圖3g的掃描電鏡（SEM）圖像更是直觀地揭示了磁凝膠的促愈合優勢：血小板在5秒內就開始在磁凝膠上沉積，1小時內形成纖維蛋白網絡，而Watchman封堵器上的PET膜在72小時后才出現稀疏的網絡，這意味著磁凝膠能更早地誘導組織愈合，實現“快速封口”。

圖 3 | 大鼠胸腔切開閉塞

豬的臨床前研究

在更接近人體的巴馬迷你豬模型中，研究團隊模擬了真實的介入手術過程。圖4a-c展示了在DSA引導下，通過導管將磁流體注入豬左心耳的全過程。術后長達10個月的監測顯示，豬的射血分數（EF）、縮短分數（FS）、心肌酶（Myo、cTnI）等關鍵指標均保持在正常范圍內（圖4d-f），證明該技術對心臟功能無不良影響，且無心肌損傷。

單細胞RNA測序（scRNA-seq）分析（圖4g）顯示，與磁凝膠接觸的左心耳組織與非接觸區域的細胞類型和數量無顯著差異，排除了過敏或炎癥反應。對新生心內膜的定量分析（圖4h, i）表明，磁凝膠上的心內膜中提供強度的I型膠原比例顯著高于Watchman組，且隨時間推移而增加；其楊氏模量（硬度）更是Watchman組的近兩倍，說明形成的心內膜質量更高、更堅韌。圖4j的免疫熒光和掃描電鏡圖像生動地描繪了心內膜的成熟過程：從7天時的缺失，到2個月時形成薄層，再到10個月時變得致密、完整，完美地封堵了左心耳口。

圖 4 | 豬的臨床前研究

總結與展望

本研究提出的磁流體左心耳封堵策略，通過在外部磁場引導下注入左心耳并原位沉淀為磁凝膠，實現了完全性、個性化封堵。在豬模型中長達10個月的驗證證實，該技術能有效抵御高速血流，從根本上解決了現有封堵器長期存在的封堵器周圍漏和裝置相關血栓兩大臨床難題。磁凝膠表面形成光滑、堅固的心內膜，無心肌損傷，顯著降低了術后卒中風險。本研究為長期無血栓的左心耳封堵提供了極具前景的臨床方案。當前技術存在的需連續攪拌、注射時間窗口短等局限性，未來工作將集中于優化材料配方，以加速臨床轉化。