修复人类心脏的新方法:贴个大补丁

科技工作者之家 2017-11-30

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美国杜克大学(Duke University)的生物医学工程师发明了一种功能完善的人造心脏肌肉,大到足以修补因心脏病发作而造成的典型损伤。这一成果朝着修复人类患者死亡心肌细胞这一最终目标,迈出了重要的一步。这项研究发表于2017年11月28日的《自然通讯》(NatureCommunications)。

这是一种可以用体外组织替代失去的肌肉的方法。目前,几乎所有的疗法都旨在缓解损伤产生的症状,但没有方法能够取代失去的肌肉。虽然制造心肌细胞的研究非常普遍,但人们一直专注于培养用于药物开发的微组织。

与一些人体器官不同,心脏在心脏病发作后不能自我更新。死肌肉通常会被疤痕组织取代,瘢痕组织不能传递电信号也不能收缩,而这两者对于平稳有力的心跳都是必要的。心脏病最终会发展为心脏衰竭,但目前的临床试验还没有理想的治疗手段。因此,我们需要新的治疗方法来预防心脏衰竭及其致命并发症。

与之前将干细胞直接注入受损心脏部位的治疗方法不同,心脏补丁在植入到死肌肉上之后,可以在很长一段时间内保持活性,为收缩提供力量,并为心脏的电信号传导提供一条平坦的通道。心脏补丁还分泌酶和生长因子,有助于恢复尚未死亡的受损组织。

杜克大学的Bursac和Shadrin成功地用多种不同的人类干细胞系制造心脏补丁,包括从胚胎中获得的干细胞,以及人为诱导获得的多能干细胞。这些干细胞可以分化为各种类型的心脏细胞:负责肌肉收缩的心肌细胞、为心脏组织提供结构支架的成纤维细胞、形成血管的内皮和平滑肌细胞。研究人员将这些细胞按特定比例接种于凝胶样基质中,之后它们自我组织并生长为正常的组织。

然而,要想使其奏效,心脏补丁必须满足两个条件:1、必须足够大,才能覆盖受损组织;2、必须和天然心脏组织一样强壮且电生理活跃,否则这种差异会导致致命的心律失常。

这项研究解决了心脏补丁的尺寸问题,他们首次成功合成了符合这两个标准的人类心脏补丁。测试表明,该补丁中的心脏肌肉功能齐全,具有与正常健康的成人心脏相似的电、机械和结构特征。植入小鼠和大鼠心脏后,这些心脏补丁能够存活、血管化并维持其功能。

Bursac说:“这是非常困难的,因为生长的组织越大,保持其均一性就越困难。同样具有挑战性的是,在5个星期的时间里,使组织发育成熟到成年水平,获得自然条件下数年才能正常发育而来的特征。”

科界原创

编译:谷氨酸  编辑:张梦  程建兰

来源:www.sciencedaily.com

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