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在癌癥-免疫循環(huán)的多個環(huán)節(jié)中，通過向腫瘤組織內(nèi)注射特定的免疫調(diào)節(jié)劑，可以有效實現(xiàn)腫瘤的免疫調(diào)節(jié)治療。此種治療方法的關(guān)鍵在于精準(zhǔn)地干預(yù)免疫循環(huán)的各個階段。目前，腫瘤內(nèi)輸液口導(dǎo)管技術(shù)在腦腫瘤治療中已得到應(yīng)用，然而，該技術(shù)并不適用于腦外腫瘤的治療，因為在治療過程中，由于呼吸運動的影響，輸液口導(dǎo)管易發(fā)生移位，從而影響治療效果的穩(wěn)定性和安全性。因此，針對腦外腫瘤的治療，需進(jìn)一步研發(fā)適應(yīng)性更強(qiáng)、穩(wěn)定性更高的藥物遞送系統(tǒng)。

鑒于上述情況，來自希望之城國家醫(yī)療中心、瑞士南部成像研究所、倫德奎斯特研究所及加州大學(xué)洛杉磯分校醫(yī)療中心等國際研究機(jī)構(gòu)的團(tuán)隊，運用摩方精密微立體面投影（PμSL）光刻3D打印技術(shù)，成功研制了一種新型帶倒鉤側(cè)孔的輸液口導(dǎo)管。該導(dǎo)管的設(shè)計靈感源自蜜蜂毒刺上的倒鉤結(jié)構(gòu)，旨在解決傳統(tǒng)導(dǎo)管在腫瘤治療中的定位問題。

該導(dǎo)管的倒鉤設(shè)計能夠確保其在腫瘤組織中的穩(wěn)定性，防止因呼吸運動等因素導(dǎo)致的移位。側(cè)孔的設(shè)計則旨在精確地將治療藥物輸送至腫瘤組織，提高局部藥物濃度。在豬肝臟的實驗?zāi)Ｐ椭校芯繄F(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，使用該帶倒鉤側(cè)孔的導(dǎo)管進(jìn)行藥物輸送，能夠?qū)崿F(xiàn)比靜脈注射高達(dá)183倍的局部藥物濃度。

此外，高阻力側(cè)孔與脈沖注射技術(shù)的結(jié)合，在導(dǎo)管內(nèi)部形成了更高的壓力，有效克服了組織阻力，從而顯著提升了藥物向腫瘤組織的輸送效率。通過構(gòu)建腫瘤內(nèi)輸液口導(dǎo)管的物理模型，研究團(tuán)隊準(zhǔn)確預(yù)測了藥物輸送的結(jié)果，驗證了該導(dǎo)管設(shè)計的有效性和實用性，并在肝臟中展現(xiàn)出了優(yōu)異的固定性能，能夠有效避免因呼吸運動引起的導(dǎo)管移位，并優(yōu)先將藥物輸送至腫瘤組織，而非腫瘤內(nèi)的血管，為腫瘤內(nèi)輸液治療提供了更為精準(zhǔn)和高效的解決方案。

相關(guān)研究成果以“Bioinspired intratumoral infusion port catheter improves local drug delivery in the liver"為題發(fā)表在期刊《Scientific Reports》上。

肝內(nèi)輸液口導(dǎo)管的設(shè)計需滿足兩項關(guān)鍵功能：一是在呼吸運動的影響下保持其在目標(biāo)部位的位置穩(wěn)定性，二是實現(xiàn)向目標(biāo)部位的均勻藥物輸送。本研究對兩種導(dǎo)管設(shè)計進(jìn)行了測試：一種是配備縫合錨的傳統(tǒng)多側(cè)孔輸液口導(dǎo)管，另一種是帶有倒鉤的側(cè)孔輸液口導(dǎo)管。其中，傳統(tǒng)多側(cè)孔的設(shè)計旨在為較大腫瘤提供更全面的覆蓋。而帶倒鉤的側(cè)孔輸液口導(dǎo)管因在導(dǎo)管表面設(shè)有倒鉤，可以實現(xiàn)固定導(dǎo)管于腫瘤內(nèi)，并設(shè)有高阻力側(cè)孔，以確保藥物均勻地輸送至腫瘤（圖1）。

本研究中使用的帶倒鉤的側(cè)孔輸液口導(dǎo)管，是通過microArch® S240 微納3D打印系統(tǒng)（精度：10 μm）制備而成，該技術(shù)在打印精度上遠(yuǎn)優(yōu)于其他3D打印技術(shù)（圖3）。研究團(tuán)隊之前嘗試采用PolyJet和立體光刻技術(shù)，但均未能滿足制造需求，主要原因是這些技術(shù)的分辨率不足以精確構(gòu)建0.4 mm的側(cè)孔。最終，團(tuán)隊利用摩方精密PμSL技術(shù)的高精度特性，成功實現(xiàn)了倒鉤、側(cè)孔以及中心通道的精確制造，解決了這一技術(shù)難題。

當(dāng)在肝臟腫瘤中進(jìn)行注射時，注射物質(zhì)部分會留在腫瘤組織內(nèi)，而另一部分則可能迅速進(jìn)入腫瘤內(nèi)的靜脈系統(tǒng)。腫瘤內(nèi)導(dǎo)管設(shè)計的核心目標(biāo)在于藥物在腫瘤組織中的保留量。為在體外模擬并評估這一目標(biāo)，團(tuán)隊采取了一種實驗方法：將導(dǎo)管的側(cè)孔一半嵌入凝膠中（模擬腫瘤組織），另一半嵌入生理鹽水中（模擬腫瘤內(nèi)靜脈），隨后進(jìn)行染料注射，并測量凝膠與生理鹽水中的染料含量。

實驗結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)側(cè)孔導(dǎo)管相比，帶有高阻力倒鉤的側(cè)孔導(dǎo)管在凝膠中實現(xiàn)了3.7倍的藥物輸送量（p=0.0098）。此外，與連續(xù)注射方式相比，采用脈沖注射方式在凝膠中實現(xiàn)了51倍的藥物輸送量（p=0.012）。這表明，脈沖注射在相同的平均流量率下，能夠產(chǎn)生更高的峰值壓力和流量率，從而更有效地將藥物輸送至腫瘤組織。其中，與靜脈注射相比，使用帶倒鉤的側(cè)孔導(dǎo)管的脈沖注射使每毫克碘海醇注射后的局部對比劑保留量提高了183倍，相關(guān)數(shù)據(jù)及分析見圖4和圖5。提高腫瘤內(nèi)藥物輸送效率可通過增加側(cè)孔阻力（采用較小的側(cè)孔尺寸）或增加流量（實施脈沖流動）來實現(xiàn)。這些措施會導(dǎo)致導(dǎo)管內(nèi)壓力增加，從而克服組織壓力，使得更多的藥物能夠被輸送到腫瘤組織。

總結(jié)：該研究團(tuán)隊設(shè)計了一種腫瘤內(nèi)輸液端口導(dǎo)管，它能夠直接將免疫治療劑輸液到腫瘤中，且導(dǎo)管保留在肝臟中（不會隨著呼吸運動移出），并且優(yōu)先將藥物輸送到腫瘤組織中。

據(jù)該研究團(tuán)隊稱，本項研究在學(xué)術(shù)界尚屬鮮有報道了一種可與皮下端口連接的、可植入式腫瘤內(nèi)輸液口導(dǎo)管。未來的研究工作將著重于該導(dǎo)管的長期穩(wěn)定性和性能評估，進(jìn)一步優(yōu)化固定機(jī)制和側(cè)孔的幾何設(shè)計，以及提升其可制造性，為最終進(jìn)入人體試驗階段奠定基礎(chǔ)。