美國斯坦福大學趙芮可助理教授團隊創新性地設計了一種高效清除血栓的新方法，並可有效避免血栓破裂，可用於治療缺血性中風、腦梗、心梗、肺栓塞等。
研究人員開發了一種微型旋轉器取栓術（Milli-spinner thrombectomy），通過旋轉產生壓縮和剪切力，顯著改變血栓微觀結構並釋放紅細胞，直接將血栓體積縮小 95%。
血栓是一種由纖維蛋白（fibrin）組成，類似聚合物的網狀結構。簡單來理解該技術的實現過程：就像將一團鬆軟的棉球壓在雙手掌心，在不斷旋轉摩擦作用下，其被揉搓成一個結構更緻密和體積更小的棉球。
實驗結果顯示，這項技術在處理純纖維蛋白血栓時，能夠在 10 秒內將血栓體積減少超過 50%，並在 15 秒內完全移除血栓。
圖丨趙芮可（右）在實驗室（來源：趙芮可）
日前，相關論文以《微型旋流取栓術》（milli-spinner thrombectomy）為題發表在 Nature[1]。斯坦福大學博士生 Yilong Chang 是第一作者，趙芮可（Ruike Renee Zhao）助理教授擔任通訊作者。
圖丨相關論文（來源：Nature）
現有取栓方法：失敗率高且預後不良
腦梗（即腦梗死）是腦部血液供應中斷導致腦組織損傷的疾病，其中常見類型包括腦血栓和腦栓塞等。其中，腦血栓因腦動脈粥樣硬化局部血栓形成；而腦栓塞並不是從腦中生長形成，而是體內其他處血栓破裂後隨血流進入腦動脈。血栓面積通常大於腦血管，因此會導致腦血管堵塞。
溶栓是處理腦梗血栓常見的一種方法，腦梗治療時間窗是在患者出現癥狀後的 4.5 小時之內。如果在該時間內將患者送到醫院，通過靜脈注射溶栓酶，可慢慢將血栓溶解，其過程需要持續 2 到 3 天。
但如果患者出現癥狀後未在該時間內送往醫院，由於患者腦中已產生一部分缺血壞死的腦組織，如果仍採用溶栓的方式易引發出血性腦梗。目前，更常用的治療方式是機械取栓（MT，Mechanical Thrombectomy），它可以將治療時間窗擴展到患者出現癥狀的 24 小時之內。
目前，兩種主流的 MT 方式是抽吸法和支架取栓：抽吸法是像吸塵器那樣將血栓「吸」出來；而支架取栓則是一種類似針狀的裝置，其穿過血栓展開，嵌入和包裹的方式將其拉到導管中。
但這種取栓方式面臨的問題是，要把又大又硬的血栓拉進或吸進導管時，唯一的辦法是使血栓變形或撕裂，並且這種方法的失敗率約 10% 至 30%。
另一方面，即使能把血栓的一部分取出來，在抽吸過程中血栓破裂後，剩餘的一些小血栓會順著血流堵到更小的血管中，而其很有可能是導管無法進入的地方。
更高效和更安全的純機械取栓方法
該技術的創新之處在於完全不會撕裂血栓，其採取的方式是直接縮小血栓的尺寸——將血栓體積減小到本身的 5%。
趙芮可對 DeepTech 表示：「它的原理是通過 milli-spinner 和纖維網路的相互作用，改變血栓的微觀結構，讓纖維緻密化來減小血栓體積。此前從來沒有人這樣做過，因為這聽起來不太現實。」
圖丨微型旋轉器（來源：趙芮可）
在研究初始階段，研究團隊基於之前的工作，製備了一個通過旋轉產生局部吸力的設備。基於該想法，研究人員將其縮小到介入設備，他們想了解，通過旋轉方式產生高度局部應力是否能夠用來吸血栓。後來，他們發現了一種很有趣的現象：其能夠讓部分血栓的顏色從紅色變為白色，還改變了血栓的體積。
儘管研究最初方向並不是改變血栓微觀結構，但這種現象讓研究人員完全出乎預料。「於是，我們用掃描電子顯微鏡進一步觀察血栓到底發生了什麼——這才發現它的微觀結構發生了顯著變化。」趙芮可表示。
研究團隊開發的新型設備通過 milli-spinner 和血栓產生相互作用，因其中纖維被很大程度緻密化，並且紅細胞被擠出，這正是導致血栓體積顯著縮小的重要原因。
圖丨微型旋轉器取栓術的基本原理和設計（來源：Nature）
在整個研究過程中，研究團隊同步申請了很多相關專利。他們收到的最多問題是：你們是通過什麼樣的方式實現它的？是不是旋轉過程中的離心力產生的效果？
為釐清這種現象背後的機理，研究人員投入了很多時間。他們想弄清楚，具體是通過怎樣的機械方式而非化學方式，實現了對血栓微觀結構的顯著改變。
研究團隊通過一系列實驗進行驗證：讓血栓處於高速旋轉狀態，但發現它並沒有產生任何體積方面的變化。後來，基於更多其他實驗以及體外的肺動脈和腦動脈血流模型，證明血栓在與研究團隊所設計的旋轉器直接接觸後，在旋轉過程中產生壓縮和剪切力，通過將微觀結構緻密化實現了血栓體積的大幅度縮小。
（來源：Nature）
具體而言，當旋轉器和血栓接觸時，因為旋轉產生的剪切力導致接觸面的纖維會被瞬間緻密化。在剪切力和各方向旋轉的共同作用下，血栓的微觀結構被顯著改變，最終呈現出體積非常小的、純白色的纖維核心。
趙芮可表示：「我們為了獲大量的驗證效果，使用了 12 頭豬作為動物模型。在首次嘗試中實現血管再通的成功率達到 90.3%，完全再通的成功率為 77.4%，遠高於現有的直接抽吸取栓技術。」
計算流體動力學模擬顯示，當轉速達到 4 萬 rpm 時，一個直徑為 6.5 毫米的全血凝塊在 10 秒內可實現 70% 的體積縮減，最終實現的縮減體積達 90%。
圖丨微型旋轉器取栓術在豬模型中的體內實驗結果（來源：Nature）
據介紹，該研究中涉及大量的物理科學內容，但讓人意外的是，論文審稿人由三位醫生擔任。「讓我覺得非常感激的是，三位審稿人都對這項創新技術給出了正面評價，並且我們在回複審稿意見的過程中，也看到了臨床對技術應用的迫切需求。」趙芮可表示。
據了解，該團隊計劃在幾年內將這項技術進行腦梗方面的人體試驗，並計劃在接下來的研究階段中，對治療大塊肺栓塞的情況進行探索，他們希望通過新技術造福更多患者。
參考資料：
1.Chang, Y., Wu, S., Li, Q. et al. Milli-spinner thrombectomy. Nature 642, 336–342 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09049-0
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