磁凝胶，登上Nature！

磁流体“变身”智能凝胶，完美封堵左心耳，开启房颤卒中预防新纪元

房颤患者左心耳易形成血栓，卒中风险增加5倍。左心耳封堵术是抗凝禁忌患者的有效预防手段，但现有Watchman等金属封堵器与形态多样的左心耳顺应性差，难以实现完全封堵。这导致两大临床挑战：封堵器周围漏和装置相关血栓，且倒钩常造成心肌损伤，增加卒中风险。

鉴于此，中科院深圳先进院徐天添研究员、吴新宇研究员和阜外医院王首正主任医师、潘湘斌主任医师提出了一种颠覆性的左心耳封堵策略：利用磁流体进行个性化、完全性的封堵。研究者将一种包含钕铁硼（NdFeB）磁性颗粒和聚乙烯-乙烯醇（EVOH）聚合物的磁流体，通过心导管注入左心耳。在外部磁场的引导下，这种流体能抵抗高速血流的冲刷，并在接触血液后几分钟内原位沉淀形成磁凝胶。在猪模型中长达10个月的体内实验证实，这种磁凝胶具有极佳的长期稳定性和生物相容性。结果显示，所有实验猪均未出现装置相关血栓或凝胶泄漏。与Watchman封堵器粗糙、不完整且易形成血栓的心内膜相比，磁凝胶表面形成的心内膜光滑、坚固且无血栓。磁凝胶与左心耳之间无缝贴合，且对心肌无任何损伤。这项技术有望为房颤患者的卒中预防提供一种长期、无血栓的临床新方案。该研究成果以题为“Long-term thrombus-free left atrial appendage occlusion via magnetofluids”发表在最新一期《nature》上。

利用磁流体实现完全左心耳封堵（LAAO）

研究团队提出的核心策略如图1a所示：将磁流体通过导管注入左心耳。在外部磁场（50-200 mT）的帮助下，磁流体能抵抗高达1.4 m/s的血流冲击（图2b）。神奇的是，这种流体在接触血液中的水分子后，会在几十秒内通过液-液相分离（LLPS）原位沉淀成柔软的磁凝胶（图1b, c）。

为了验证其效果，团队进行了对比实验。图1d的micro-CT三维重建显示，磁凝胶完美填充了猪左心耳的每一处缝隙，包括梳状肌之间的空隙。而图1e和1f的组织染色则揭示了决定性差异：Watchman封堵器表面形成的心内膜粗糙不完整，存在装置相关血栓，其倒钩造成了不可逆的心肌损伤。相比之下，磁凝胶表面形成的心内膜光滑、牢固且无血栓，与左心耳组织之间没有任何缝隙，也未对心肌造成任何损伤。更重要的是，图1g的造影图像证明，这种磁流体能完美适应菜花型、仙人掌型、鸡翅型乃至最难封堵的风袋型等各种类型的左心耳。

图 1 | 使用磁流体完成LAAO，并比较磁凝胶与Watchman封堵器

所选磁流体与磁凝胶的材料特性表征

为何磁流体能成功？关键在于其独特的材料特性。图2a和2b的实验直观地证明了磁场的必要性：没有磁场，非磁性液体会瞬间被血流冲走；而在磁场作用下，磁流体能稳固地停留在左心耳内。研究者收集了93名房颤患者的超声数据，发现左心耳排空速度集中在20-60 cm/s，峰值达95 cm/s，而他们的体外模型流速更是设定在了1.4 m/s，远超临床常见值，验证了磁流体在极端条件下的可靠性。

图2c解释了添加聚乙烯醇（PVA）的妙用：它能与组织形成氢键，增强磁凝胶的韧性和对心内膜的粘附力。流变学测试（图2d-f）显示，磁流体在磁场下粘度可控，接触血液后约682秒即可完全凝胶化，20分钟内凝胶化程度（DG）可达60%以上（图2g）。图2h的循环压缩测试证明，在模拟心脏收缩的2.4 kPa压力下，磁凝胶经过24小时、上万次循环后仍性能稳定。更令人惊喜的是，在模拟血液环境中浸泡7天后，磁凝胶的断裂强度、应变、压缩模量和断裂能均显著增强（图2i），表明其“越用越牢”。此外，整个凝胶化过程温度变化极小，红外热成像显示60秒内无明显升温（图2j），避免了传统材料高温对心肌的损伤风险。

图 2 | 所选磁流体和磁凝胶的材料特性

大鼠开胸封堵实验

在大鼠模型中，研究团队首先验证了磁流体的长期安全性。术后3个月的造影和micro-CT显示，磁凝胶在左心耳内稳定无位移（图3b）。6个月后，心内膜已完全封闭左心耳口（图3c）。重要的是，大鼠的射血分数（EF）和缩短分数（FS）在术后3个月与术前无显著差异（图3d），表明心功能未受影响。术后6个月的血液检查（血小板计数、凝血时间、转氨酶等）均在正常范围（图3e），证实了其出色的血液相容性。图3f的组织和免疫荧光染色清晰地展示了6个月后完整的心内膜覆盖。图3g的扫描电镜（SEM）图像更是直观地揭示了磁凝胶的促愈合优势：血小板在5秒内就开始在磁凝胶上沉积，1小时内形成纤维蛋白网络，而Watchman封堵器上的PET膜在72小时后才出现稀疏的网络，这意味着磁凝胶能更早地诱导组织愈合，实现“快速封口”。

图 3 | 大鼠胸腔切开闭塞

猪的临床前研究

在更接近人体的巴马迷你猪模型中，研究团队模拟了真实的介入手术过程。图4a-c展示了在DSA引导下，通过导管将磁流体注入猪左心耳的全过程。术后长达10个月的监测显示，猪的射血分数（EF）、缩短分数（FS）、心肌酶（Myo、cTnI）等关键指标均保持在正常范围内（图4d-f），证明该技术对心脏功能无不良影响，且无心肌损伤。

单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析（图4g）显示，与磁凝胶接触的左心耳组织与非接触区域的细胞类型和数量无显著差异，排除了过敏或炎症反应。对新生心内膜的定量分析（图4h, i）表明，磁凝胶上的心内膜中提供强度的I型胶原比例显著高于Watchman组，且随时间推移而增加；其杨氏模量（硬度）更是Watchman组的近两倍，说明形成的心内膜质量更高、更坚韧。图4j的免疫荧光和扫描电镜图像生动地描绘了心内膜的成熟过程：从7天时的缺失，到2个月时形成薄层，再到10个月时变得致密、完整，完美地封堵了左心耳口。

图 4 | 猪的临床前研究

总结与展望

本研究提出的磁流体左心耳封堵策略，通过在外部磁场引导下注入左心耳并原位沉淀为磁凝胶，实现了完全性、个性化封堵。在猪模型中长达10个月的验证证实，该技术能有效抵御高速血流，从根本上解决了现有封堵器长期存在的封堵器周围漏和装置相关血栓两大临床难题。磁凝胶表面形成光滑、坚固的心内膜，无心肌损伤，显著降低了术后卒中风险。本研究为长期无血栓的左心耳封堵提供了极具前景的临床方案。当前技术存在的需连续搅拌、注射时间窗口短等局限性，未来工作将集中于优化材料配方，以加速临床转化。