《Bioactive Materials》：Slippery dopamine–fluoropolymer hybrid surface for improving biliary stent longevity
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为解决胆道支架因生物污损和异物反应易堵塞的问题，研究人员开展了一项关于增强型抗污功能性涂层（ELFS）的研究。该研究通过简单的浸涂工艺，开发了一种基于聚多巴胺（PDA）粘附层、注入了润滑剂的复合涂层。结果显示，ELFS在小鼠模型中能有效抑制中性粒细胞早期粘附，防止免疫纤维化级联反应，并在长达六个月的小鼠实验和两个月的兔子总胆管模型中保持支架通畅无堵塞。这项研究为可植入医疗器械的抗生物污染提供了实用且临床兼容的解决方案，有望显著延长支架寿命，改善患者预后。
胆道阻塞是临床上的一大挑战，它会阻碍胆汁流动，导致胆汁淤积、炎症、肝细胞损伤，并可能进展为肝纤维化，乃至肝衰竭。胆道支架植入是恢复胆汁流动的关键治疗手段，然而无论是塑料支架还是金属支架，都存在各自的局限。特别是塑料支架，虽然易于放置、成本较低且可更换，但其小直径和非膨胀结构，加上材料本身容易促进生物膜形成和胆汁污泥堆积，导致其极易堵塞，通常需要每2-4个月更换一次。这不仅增加了患者的医疗负担，也带来了并发症风险。传统的解决方案，如药物洗脱支架或银纳米颗粒涂层，在临床疗效、长期稳定性等方面面临限制。因此，开发一种能够有效防止生物污损（如蛋白、细菌、细胞等粘附）和异物反应的涂层技术，是延长支架使用寿命、改善患者预后的迫切需求。
为此，研究人员开发了一种名为“增强型抗污功能性涂层”（Enhanced Longevity by anti-fouling Functional coating for Stent, ELFS）的创新涂层技术。该涂层利用一种滑润型表面设计，旨在抵抗生物基质（如胆汁、细菌和血液）的粘附，从而预防支架堵塞。研究团队通过小鼠和兔子模型进行了一系列体内外实验，结果表明，ELFS涂层不仅能有效抑制早期中性粒细胞粘附、阻断后续的免疫-纤维化级联反应，还能在长期植入（小鼠>6个月，兔子2个月）中保持支架完全通畅，防止胆汁淤积和继发性肝损伤。这项研究成果发表在《Bioactive Materials》期刊上，为可植入医疗器械的长效抗污提供了新的策略。
主要研究方法：
本研究首先利用聚多巴胺（PDA）作为粘附中间层，通过简单的浸涂和溶液工艺将含氟聚合物（PFP）稳定地附着于支架基材，随后注入氟化润滑剂（PFPE），从而制备出ELFS涂层。对涂层进行了包括X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、接触角（CA）测量等在内的物理化学表征，以验证其成功构建、均匀性和抗润湿性。通过体内荧光成像技术（Intravital imaging），实时观察了小鼠模型中中性粒细胞（Ly6G标记）、巨噬细胞（F4/80标记）和血管内皮细胞（CD31标记）在植入物周围的动态募集过程。生物相容性与抗污性能评估则结合了体外细胞（如NIH 3T3成纤维细胞、人胆道上皮细胞SNU-1079）与细菌（大肠杆菌E. coli、金黄色葡萄球菌S. aureus）培养实验，以及体内植入模型。其中，长期抗生物膜和支架通畅性验证采用了两种动物模型：将支架碎片植入小鼠胆囊以评估长期（>6个月）生物膜形成；将完整支架植入新西兰白兔（由忠南国立大学兽医医学教学医院提供）的总胆管以评估长期（2个月）支架通畅性及对肝、胆道的病理影响。涂层在不同条件下的稳定性通过机械磨损测试、流水剪切测试以及常用医疗灭菌方法（高压蒸汽、环氧乙烷气体、伽马射线）处理后的性能测试进行评估。
研究结果：
2.1. 胆道支架用的ELFS涂层
本研究旨在为胆道支架开发一种抗污涂层，以解决因生物膜和胆汁污泥积聚导致的支架堵塞问题。通过在支架内表面应用这种涂层，有望防止胆汁、细菌和血液的粘附，从而增强支架的长期通畅性。6 months) biofilm formation tests in a mouse model and long-term (>2 months) patency evaluation with a rabbit model.">
2.2. ELFS的制备工艺与表征
ELFS涂层的制备采用分步工艺，先在基材上沉积PDA层，然后结合含氟聚合物（PFP），最后注入氟化润滑剂。该工艺可应用于平面、管状乃至复杂的支架结构。XPS和SEM分析证实了涂层的成功构建和约300–350 nm的均匀厚度。接触角测量显示，涂层对各种液体（包括胆汁、血清、血液）均具有高拒液性。在抗污测试中，与未涂层或仅涂覆聚乙二醇（PEG）的对照组相比，ELFS涂层能有效抵抗白蛋白、纤维蛋白原以及胆汁、葡萄糖等多种生物分子的粘附。在模拟血液流动的实验中，ELFS涂层导管基本保持无污染状态，而对照组则完全被血渍覆盖。
2.3. ELFS在不同条件下的稳定性
ELFS涂层展现出卓越的机械和化学稳定性。交叉划痕测试显示其比PEG涂层具有更强的附着力。在水浴超声、垂直水冲洗和水剪切流等机械应力测试后，其抗腐植酸污染的能力和接触角均未发生显著变化。在连续14天的胆汁流动条件下，超过80%的润滑剂层保持完整。涂层还表现出热触发的自愈能力，刮擦后通过加热可恢复表面完整性。此外，涂层经过多次高压蒸汽、环氧乙烷气体和伽马射线灭菌后，其接触角和抗白蛋白粘附性能仍保持稳定，并且在模拟活性氧（ROS）介导的酶促氧化环境中，PDA层也被有效保护而未发生降解。
2.4. 体外细胞评价
体外生物相容性测试表明，与未涂层的支架碎片相比，ELFS涂层对NIH 3T3成纤维细胞和人胆道上皮细胞的存活率和形态均无显著负面影响。通过选择性图案化涂层实验，进一步证实细胞仅粘附在未涂层的区域，而ELFS涂层区域则有效阻止了细胞（NIH 3T3和RAW 264.7细胞）粘附。此外，ELFS涂层对革兰氏阴性菌
E. coli和革兰氏阳性菌
S. aureus均表现出优异的抗粘附性能，培养24小时后基本无细菌附着，并能有效防止生物膜的形成和成熟。
2.5. ELFS涂层引起的渐进式异物反应(FBR)的体内评价
通过小鼠背侧皮褶室植入模型和体内荧光成像技术，研究人员实时观察了ELFS涂层对异物反应（Foreign Body Reaction， FBR）级联反应的抑制作用。结果显示，未涂层组植入后3小时，中性粒细胞（Ly6G+）的募集已超过ELFS涂层组的20倍以上，并在72小时达到峰值，随后出现巨噬细胞（F4/80+）浸润。相比之下，ELFS涂层组在整个观察期间均未出现明显的中性粒细胞积累。植入一周后的组织学分析显示，未涂层组植入物周围有大量肥大细胞（通过甲苯胺蓝染色显示）和巨噬细胞浸润，并形成了富含胶原蛋白的纤维化囊和α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）阳性肌成纤维细胞。而ELFS涂层组则显著减弱了这些细胞募集和纤维化包膜的形成，表明其通过抑制早期蛋白质（如白蛋白）吸附和免疫细胞粘附，有效阻断了FBR的启动级联。
2.6. 在小鼠模型中的长期生物膜形成
为评估涂层在胆汁富集环境中的长期抗生物膜性能，研究人员将支架碎片植入小鼠胆囊。实验通过夹闭胆总管来扩大胆囊，为植入创造空间。结果表明，植入6个月后，ELFS涂层支架表面未观察到胆汁污泥或细菌生物膜样积累。相比之下，未涂层支架在植入一周后即出现胆汁污泥，六个月后积累更加严重，并在高倍扫描电镜（SEM）下观察到细菌菌落。尽管两组小鼠的肝脏组织学（H&E和TB染色）未显示显著差异，但未涂层组胆囊中的胶原密度有所增加。血液生化分析显示，长期植入后，未涂层组的丙氨酸氨基转移酶（ALT）和天冬氨酸氨基转移酶（AST）水平有轻度升高（约1.5倍），提示可能存在与生物膜相关的慢性胆道应激，但并未导致严重的肝损伤。
2.7. 利用兔子模型评估长期通畅性
为了在实际生理环境中验证ELFS涂层的有效性，研究人员将涂层应用于塑料支架的内腔，并将其植入新西兰白兔的总胆管中，评估其为期两个月的长期通畅性。X射线成像和染料灌注测试均表明，植入两个月后，未涂层支架组发生完全堵塞，而ELFS涂层支架组则保持了完全通畅。解剖学观察发现，未涂层组出现了严重的胆汁泄漏、胆囊肿大（超过7倍）、肝脏肿大（超过2倍）以及胆总管扩张。血液检测显示，未涂层组的胆红素、ALT和AST水平均显著升高，表明存在胆汁淤积和肝细胞损伤。组织学分析（Masson染色和α-SMA免疫组化）进一步证实，未涂层组胆管周围出现明显的纤维化和平滑肌肥大，肝脏也呈现胆汁淤积和纤维化迹象。相比之下，ELFS涂层组在这些方面均未出现明显病变。对取出的支架进行扫描电镜观察和能量色散X射线光谱（SEM-EDS）元素分析显示，未涂层支架内腔充满胆汁并伴有明显的氮（N）信号（代表有机生物沉积），而ELFS涂层支架表面清洁，保留了显著的氟（F）信号，表明其抗污性能在体内得以长期维持。
研究结论与意义：
本研究证明，ELFS涂层是一种实用、耐用且与临床兼容的抗污涂层策略，可有效应对胆道支架面临的生物污损和异物反应（FBR）性堵塞两大难题。该涂层通过其润滑剂注入界面和底层含氟聚合物（PFP）支架的共同作用，在早期主导抗污和滑润行为，并在后期润滑剂部分损耗后，由稳定的PFP框架继续提供基础的抗粘附特性，从而实现长效保护。ELFS能有效防止生物膜和胆汁污泥的形成，并显著抑制宿主早期免疫反应（特别是中性粒细胞募集），从而阻断了导致纤维化的下游级联。
其重要意义在于，ELFS的制备工艺简单，无需复杂的微纳结构，即可在长管状等复杂几何形状的商用塑料支架上实现均匀涂层，并且能耐受高压蒸汽、环氧乙烷、伽马射线等多种临床常用灭菌方式，具备良好的机械稳定性和自修复能力。在小鼠和兔子模型中的长期实验结果证实，ELFS能显著延长支架的通畅时间，避免胆汁淤积及相关并发症（如胆管扩张、肝脏纤维化等）。这项研究为改善暴露于严苛生物环境中的可植入医疗器械（特别是胆道支架）的长期功能提供了一种有前景的表面改性策略，为未来的临床转化奠定了基础。
