可修复心脏损伤的“即用型”人工补丁

2020-04-10

《科学》杂志旗下侧重基础研究向潜在疗法转化的知名期刊Science Translational Medicine出版了最新一期，荣登封面的是一项心脏修复技术的最新成果。北卡罗莱纳州立大学和北卡大学教堂山分校的程柯教授带领团队设计并生产出一种“即用型”人工心脏补丁，不仅在急性心肌梗死的动物模型上显示出修复心肌的效果和良好的安全性，而且可以摆脱使用活细胞治疗时遇到的诸多限制。

通常在发生心肌梗死后，受损的心肌组织很难恢复，在心脏上形成没有收缩功能的瘢痕，让患者面临心律失常和心力衰竭的危险。

近年来，细胞疗法被看作修复心脏的一种潜在手段。不少研究和临床试验显示，利用成体干细胞分泌的生长因子、趋化因子、外泌体等生物活性物质，可以起到促进心肌保护、血管新生、调节局部炎症反应、促进细胞外基质重塑等作用，从而治疗受损心脏。

然而，心脏细胞疗法在临床上的应用受到了诸多限制。比如，移植细胞的自我复制，可能增加致瘤风险；移植到心脏的大量细胞也可能诱发心律失常；异体细胞移植更可导致免疫排斥反应。此外，细胞的提取、培养、储存和运输是复杂、昂贵和耗时的，很难满足批量生产高质量的药品规范化要求。

正是为了解决细胞疗法的上述限制，此次科学家们开发了人工心脏补丁（artificial cardiac patch，简称artCP），它不含活细胞但又有生物活性，以“无招胜有招”的方式代替活细胞修补心脏。

具体来说，研究人员以不含活细胞的猪心脏外基质（myoECM）作为骨架，这种材料保持了天然的网状结构，并具有心脏组织相似的机械性能；然后，他们在骨架内嵌入了含有心脏基质细胞分泌物的可降解颗粒（又名合成细胞，synCSC），释放细胞因子、外泌体等生物活性物质。

此次研究中，科研团队分别在大鼠和猪两种动物的心梗模型上对这种人工心脏补丁进行了验证。

研究人员首先在大鼠的心梗区植入artCP。24小时后，相比直接在心肌内注射synCSC，他们观察到artCP有效地将synCSC合成细胞保留在梗死区域内，将脱靶损失降至最低。植入7天和第21天后，分析免疫排斥反应的结果则验证了artCP的生物相容性。

从治疗效果来看，大鼠接受artCP移植3周，左心室射血分数（评价心功能的重要指标）相比对照组有显著提升。在心脏病理切片染色中发现，artCP移植可显著缩小瘢痕面积，并增加危险区域的存活心肌组织以及左室壁厚度。并且，移植了嵌入synCSC合成细胞的artCP相比仅有骨架的myoECM有更明显的治疗效果。

伴随着心功能改善，组织切片的染色结果还显示，大鼠的心肌组织得到一定程度修复。同时，artCP移植增加了梗死区域的毛细血管密度，并降低了心脏梗死边界区细胞凋亡。

接下来，研究人员利用心脏解剖结构与人类相似的猪心脏进一步验证了人工心脏补丁的作用。在诱发心梗的猪心脏中，研究人员在梗死区域植入一块直径为3.5厘米的artCP，并以未接受任何治疗的动物作为对照。7天后，通过心电图及心脏超声的评估，发现artCP治疗改善了心脏功能。其他分析结果显示，在artCP覆盖区域内，部分心脏切片上的心梗面积明显缩小，还减少了心肌纤维化。

这几项动物实验都表明， artCP移植没有导致肝脏及肾脏损伤，说明它在动物体内是安全的。

更值得一提的是，冷冻保存的artCP与新鲜制备的artCP表现出类似的治疗效力。出色的低温稳定性让这种人工心脏补丁可以比活细胞补丁有更长的保质期，有望满足未来临床应用上对“即用型”产品的需求。

来源：学术经纬

可修复心脏损伤的“即用型”人工补丁

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