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北京协和医院与清华大学开发新型蛋白涂层 解决输尿管支架结壳与感染难题
Urology

北京协和医院与清华大学开发新型蛋白涂层 解决输尿管支架结壳与感染难题

2026年6月12日 · MedTour China

北京协和医院（PUMCH）通过与清华大学合作研究，在泌尿外科医疗器械领域取得重大突破。研究团队利用天然无序蛋白凝聚物开发了创新蛋白涂层技术，创建了智能亲水保护膜，有效解决了输尿管支架结壳和感染这一长期存在的临床难题。

北京协和医院泌尿外科

目录

The Clinical Challenge of Ureteral Stents

输尿管支架是用于维持尿路通畅的重要医疗器械，适用于输尿管梗阻、肾结石及术后恢复患者。全球每年约有150万例输尿管支架植入，是现代泌尿外科实践的基石。

泌尿外科手术过程

尽管应用广泛，传统输尿管支架面临显著的临床并发症。研究表明，高达80%的患者会出现支架相关并发症，具体分布如下：

  • 结壳（30.2%）：矿物质在支架表面沉积，导致堵塞和通畅性降低
  • 感染（10.1%）：细菌定植和生物膜形成增加尿路感染风险
  • 移位（5.6%）：支架从预期位置移位，需要再次干预
  • 再狭窄（14.3%）：支架取出后输尿管再次狭窄

这些并发症不仅给患者带来显著不适，还因额外手术、住院时间延长和抗生素治疗而增加医疗成本。开发能够同时解决多种并发症的涂层技术一直是该领域的长期目标。

Medical-Engineering Innovation: Natural Disordered Protein Condensates

由北京协和医院泌尿外科和清华大学化学系专家领衔的研究团队发现，**天然无序蛋白（IDPs）**具有适合医疗器械涂层的独特性质。

实验室研究设施

FUS蛋白的天然无序功能区域（IDPFUS）

研究人员聚焦于FUS蛋白，特别是其天然无序功能区域（IDPFUS）。与具有固定三维结构的传统蛋白不同，IDPFUS展现以下特性：

  • 无固定三维结构：蛋白链保持柔性和动态，允许自发分子组织
  • 自发凝聚：在生理条件下，IDPFUS通过相分离自然形成类液体凝聚物
  • 自适应表面性质：凝聚物创建亲水、生物相容的界面

这种蛋白凝聚物形成的自然现象为在医疗器械表面创建均匀、稳定的涂层提供了优雅解决方案，无需复杂的合成化学或苛刻的加工条件。

蛋白涂层显微镜视图

Mechanism of the Intelligent Hydrophilic Protective Membrane

聚多巴胺介导的两步共价接枝

研究团队开发了聚多巴胺介导的两步共价接枝技术，将蛋白凝聚物牢固附着于支架表面：

  1. 第一步：聚多巴胺沉积于支架表面，形成具有丰富官能团的粘附中间层
  2. 第二步：IDPFUS凝聚物共价接枝于聚多巴胺层，形成稳定、均匀的涂层

医疗器械开发

四大关键保护机制

智能亲水保护膜通过四个整合机制提供全面保护：

  1. 亲水屏障效应

    • 创建高度水合表面，排斥蛋白粘附和细菌附着
    • 减少支架植入和取出时的摩擦
    • 在整个植入期间保持表面性质

  2. 抗结壳特性

    • 抑制支架表面晶体成核和生长
    • 防止草酸钙和磷酸钙沉积
    • 显著降低支架堵塞风险

  3. 抗感染能力

    • 抵抗细菌粘附和生物膜形成
    • 降低导管相关尿路感染（CAUTIs）发生率
    • 可能减少抗生素使用及相关并发症

  4. 长期稳定性

    • 共价键合确保涂层在典型支架留置期间的耐久性
    • 在动态尿流条件下保持保护功能
    • 抵抗尿酶和pH波动的降解

Clinical Significance and Research Value

这一突破性技术解决了泌尿外科护理的多项关键需求：

对患者而言：

  • 减少支架相关并发症及相关不适
  • 减少随访手术和住院次数
  • 改善支架留置期间的生活质量
  • 降低抗生素耐药感染风险

对医疗系统而言：

  • 因并发症减少而降低总体治疗成本
  • 减少支架更换手术需求
  • 降低抗生素消耗及相关耐药性发展
  • 缩短住院时间和恢复时间

北京协和医院院区

该研究展示了将天然生物材料应用于医疗器械工程的潜力，为开发具有增强生物相容性和功能性的下一代植入器械开辟了新途径。

Research Team and Medical-Engineering Integration

本项目体现了临床医学与工程学科的成功融合：

  • 北京协和医院泌尿外科：提供临床见解，识别未满足需求，参与实验设计和验证
  • 清华大学化学系：贡献蛋白化学、材料科学和表面工程专业知识

这一合作展示了医工伙伴关系如何加速基础科学发现向临床应用方案的转化。团队使用天然蛋白作为涂层材料的方法，代表了从传统合成聚合物涂层的范式转变。

Future Prospects

研究团队规划了多个持续发展方向：

  1. 临床试验：设计和开展多中心临床试验，验证人体安全性和有效性

  2. 技术优化：进一步优化涂层参数，在确保制造可扩展性的同时最大化保护效果

  3. 扩展应用：探索蛋白涂层技术在其他医疗器械的应用潜力，如导管、导丝和其他泌尿外科器械

  4. 技术转移与商业化：与产业伙伴合作扩大生产，推动技术上市

  5. 监管审批：争取国家药品监督管理局（NMPA）和国际监管机构的审批

Sources

  1. 北京协和医院泌尿外科研究论文
  2. 清华大学化学系研究档案
  3. 输尿管支架并发症临床研究
  4. 国家药品监督管理局指南
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