近日，加拿大多倫多大學(xué)科學(xué)家在心臟修復領(lǐng)域取得了重大突破。他們開(kāi)發(fā)出了類(lèi)似創(chuàng )可貼藥芯大小的心肌細胞組織貼片，尺寸為1cm×1cm×0.1mm，可以用來(lái)修復因心肌梗死導致的心肌損傷。
更厲害的是，給受損心臟貼上這個(gè)「創(chuàng )可貼」不需要做開(kāi)胸手術(shù)，只需要一個(gè)孔徑為1mm的管道，即可將這個(gè)貼片輕易貼到受損心肌的表面。
心肌組織貼片輕易通過(guò)口徑為1mm的管道，且穿過(guò)后能充分展開(kāi)
這意味著(zhù)這是一個(gè)微創(chuàng )手術(shù)，這可是傳統心肌梗死治療方法不可想象的。將來(lái)一旦被用到人身上，患者可能就不用開(kāi)胸，只需微創(chuàng )手術(shù)，就能修復受損的心臟啦！這將大大縮短創(chuàng )傷愈合的時(shí)間、減少患者的痛苦！
作者暢想的心肌受損治療過(guò)程：在患者的胸腔插入一根細細的管道，對準心肌受損的部位，將心肌組織貼片注入即可
這項研究成果由加拿大多倫多大學(xué)生物醫學(xué)工程學(xué)教授MilicaRadisic團隊完成。相關(guān)的研究成果刊登在頂級期刊《自然材料》上[1]。
因冠狀動(dòng)脈急性、持續性缺血缺氧所引起的心肌細胞壞死，即心肌梗死，是臨床上常見(jiàn)的危急重癥，可并發(fā)心律失常、休克或
心力衰竭，常常危及生命。該病在歐美國家最為常見(jiàn)，隨著(zhù)社會(huì )老齡化、生活節奏的加快，心肌梗死也成為我國人民的重大疾病負擔。據統計，2014年，我國心肌梗死死亡率城市為55.32/10萬(wàn)，農村為68.6/10萬(wàn)[3]。
在發(fā)生心肌梗死后，即使患者被搶救回來(lái)，大量心肌細胞的死亡會(huì )使心臟上出現“疤痕”，還會(huì )讓左心室擴大，射血分數降低（代表心臟的收縮能力，值越高，心臟的收縮能力越強），最終導致心臟功能受損。我們的心臟不僅不能自我修復，而且更糟糕的是，死亡的心肌組織會(huì )“牽連”周?chē)募∪?，使?ldquo;疤痕”慢慢擴大。由于心臟壁局部變薄，在血流動(dòng)力學(xué)改變的情況下，容易發(fā)生室壁瘤和心臟破裂，這無(wú)疑給患者埋下了巨大的安全隱患。
如何修復受損的心臟成為許多科學(xué)家們的研究重點(diǎn)，相信你也看過(guò)不少關(guān)于心臟“補丁”的報道（比如，華人科學(xué)家發(fā)明3D打印
干細胞心臟「補丁」，可與天然心臟融為一體|奇點(diǎn)猛科技）。
但是，想要利用這些工程化組織去修復心臟，通常需要采取開(kāi)胸的心內直視手術(shù)。Radisic教授認為，這對于心肌梗死的患者來(lái)說(shuō)，手術(shù)的風(fēng)險通常要比可能的益處大。因此，如何突破這個(gè)技術(shù)障礙，成為她的團隊關(guān)注的熱點(diǎn)。
Radisic團隊由一群跨學(xué)科的專(zhuān)家組成，他們在使用聚合物支架培育逼真的3D人體組織方面頗有成就。這次的可注入式組織貼片，就建立在之前的工作基礎之上。
其中比較重要的研究工作是由華人科學(xué)家BoyangZhang等人于2015年完成的。當時(shí)，他同此次研究的第一作者M(jìn)ilesMontgomery一起，開(kāi)發(fā)出了一種由2D網(wǎng)格支架，這種網(wǎng)格支架由POMAC聚合物組成，可在數月內降解。他們將心肌細胞置于這種支架上，給予電流刺激后，心肌細胞收縮，致使支架彎曲[4]。
雖然，他們可以用這種2D網(wǎng)格支架構建多達三層的人工組織，但是畢竟能夠發(fā)揮正常生理功能，還需要考慮人工組織的3D結構。在Zhang和Montgomery的共同努力下，他們又發(fā)明了名為AngioChip的3D芯片。
這是一個(gè)完整的三維結構芯片，由一系列薄層構成，其內部通道完整，可以讓細胞附著(zhù)生長(cháng)。他們利用這種芯片，構建了心臟仿真模型。相關(guān)的研究結果，同樣刊登在了2016年的《自然材料》上[5]。
跳動(dòng)的仿真心臟
然而，利用這兩款支架開(kāi)發(fā)的人工心臟組織只是用于藥物研發(fā)的測評。利用人工培育的組織修復損傷器官，才是Radisic團隊的最終目標。在Montgomery的不懈努力下，經(jīng)過(guò)無(wú)數次的失敗，他花了將近3年的時(shí)間，終于開(kāi)發(fā)出了這款注入式而非植入式的心臟貼片！
這款支架，依然采用POMAC聚合物為材料，與他們之前開(kāi)發(fā)的兩款心臟支架不同的是，由于它的網(wǎng)狀結構特征，它能夠“記住”自己的形狀，在經(jīng)過(guò)1mm的移液管口壓縮后，依然能恢復到原來(lái)的形狀。
研究人員首先將大鼠的心肌細胞，在這種支架上培養7天，讓心肌細胞具有收縮能力。為了便于觀(guān)察，他們讓心肌細胞發(fā)出綠色熒光，讓支架發(fā)出紅色熒光。在體外研究中發(fā)現，經(jīng)過(guò)1mm移液管壓縮再伸展的貼片心肌細胞，與壓縮前的心肌細胞相比，其數量和活性不受影響。
接下來(lái)，研究人員分別采用微創(chuàng )的注入式和大創(chuàng )口的植入式兩種方式，將心肌貼片轉移到大鼠的皮下，比較了兩種移植方式對貼片的影響以及大鼠對貼片的宿主反應。
經(jīng)CT掃描發(fā)現，大鼠體內的注入的心肌貼片體積比植入的體積小30%，這可能是由于貼片自發(fā)展開(kāi)不完全造成的。在移植貼片7天后，兩種移植方式中，
血管內皮細胞及平滑肌細胞水平相當，與促進(jìn)愈合和利于植入物生存相關(guān)的巨噬細胞（M2）水平也相當，而注入的貼片心肌細胞量相對更高！
緊接著(zhù)，研究人員采用一種針對大鼠來(lái)說(shuō)微創(chuàng )的方式，將心肌貼片注入到
心肌梗塞模型大鼠中，并對大鼠的心臟功能恢復進(jìn)行了評估。
他們發(fā)現，在注入貼片的第3周，與不接受貼片的大鼠相比，注入貼片的大鼠左心室射血分數明顯提高了。在第5周，注入貼片的大鼠心臟收縮壓更高、左心室容積更小。第6周，將大鼠的心臟取出，進(jìn)行更直觀(guān)的形態(tài)學(xué)檢測發(fā)現，注入貼片的大鼠心臟壁的厚度增加、心肌損傷擴張更小。這都表明貼片修復了大鼠的部分心臟功能！
為了驗證這個(gè)微創(chuàng )植入貼片的手術(shù)能否在大型哺乳動(dòng)物身上完成，研究人員決定在心臟體積跟人類(lèi)差不多的豬身上試一試。他們給人多能干細胞來(lái)源的組織貼片加上翅膀（形狀跟創(chuàng )可貼差不多，詳見(jiàn)下方視頻），這樣操作起來(lái)更方便。通過(guò)特制的胸腔鏡設備，并采用一種纖維蛋白膠粘合貼片，成功將貼片注入到了跳動(dòng)的豬心臟上！并且這些接受手術(shù)的豬并沒(méi)有出現心律失常、出血、氣胸等并發(fā)癥！
驚喜的同時(shí)，我們必須看到，這種材料能進(jìn)行臨床試驗之前，還有很長(cháng)的路要走。
Radisic團隊正在與其他研究人員進(jìn)行合作，以評估貼片的長(cháng)期穩定性以及這種心臟功能的改善是否可以維持。他們還申請了發(fā)明專(zhuān)利，也探索在其他器官（如
肝臟）中使用貼片。
Radisic教授表示：“雖然這種補丁不能使心臟完全恢復健康，但如果可以在人類(lèi)中完成，將大大提高患者的生活質(zhì)量！”[2]
我們期待這種組織貼片技術(shù)盡快完善，早日應用于臨床，給患者帶來(lái)實(shí)際的用處！
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