科学家开发功能心肌补片学术资讯

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责编 | 酶美
心血管疾病已经成为当今世界最主要的致死原因之一。其中，心肌梗塞是血管阻塞造成的冠状动脉急性、持续性缺血缺氧所引起的心肌坏死，普通药物治疗巳无法有效改善，常危及生命。当前现有的临床治疗方法，比如心脏移植受限于供体不足，支架植入或血管旁路搭桥容易复发，而且均无法有效的从根本上修复已损伤的心肌组织，并使其恢复正常的功能。近些年，组织工程技术的发展为心肌组织再生和修复提供了可能性。细胞担载的心肌补片已经被发展成为一种治疗修复一体化的方案，其不仅可以在物理方面有效阻止心肌坏死引起的持续性心脏恶化性膨胀，而且担载的细胞可以用于修复受损的心肌组织。诱导多功能干细胞因其自身具有诱导分化后显著的表型和功能性，广泛来源、无免疫及伦理问题，逐渐成为了再生医学领域最具价值和前沿的研究方向。
近日，乔治华盛顿大学的Lijie Grace Zhang教授团队在Science Advances 上发表了题为4D physiologically adaptable cardiac patch: A 4-month in vivo study for the treatment of myocardial infarction的研究论文。课题组联合美国国立卫生研究院国家心脑血管研究所以及马里兰大学的研究者们，共同研发了一种基于生物打印技术的、搭载有人类诱导多功能干细胞源心肌细胞的功能化心肌补片。

研究者以心肌特异的宏观与微观动态结构出发，设计了可对应心脏曲率变化的自适应或自调控的工程化三维组织移植物。他们利用激光梯度应力诱发的4D动态效应，实现了打印物可变表面曲率的成型加工；由心脏膨胀收缩现象构建了具有冗余的各项异性微结构设计。这种多层次设计不仅可以有效的保证移植物在外力作用下的结构完整性和稳定性，也可以确保担载细胞的正常生长并减少外因引起的不利影响。通过模拟人类心脏细胞组成，按比例的共培养心肌细胞、血管内皮细胞和支持基质细胞，从而形成了一定结构排列的心肌细胞群和贯穿的微血管网络。此外，研究者构建了具有双力学刺激的仿生机械装置，结合流体动力学和动态张力，在体外促进了工程化组织移植物的功能成熟和自主跳动。免疫学和基因检测实验表明了研究者设计的心肌补片比较对照组，具有更好的特异性蛋白和基因表达，极大的改善了体外细胞有序生长和组织成熟。

另外，研究人员进一步将心肌补片移植到缺血再灌注小鼠心脏表面，观察移植细胞在心梗区域的存活、生长以及体内长期的发展。在长达四个月的移植时间里，细胞担载的补片较无细胞组与小鼠心脏组织有更好的结合，免疫组织学结果也进一步表明心肌细胞保持良好的存活率，并有大量血管在移植组织中的生成。心脏核磁共振成像的结果也显示了移植物可以与小鼠心脏共同跳动收缩，以及血液的流动。该研究表明了该特殊设计和加工的心肌补片在心肌梗塞及其他相关心血管疾病的冶疗方面具有极大的潜力。研究人员也表示下一步将设计尺度化的心肌补片，利用生物打印在客户化定制上的巨大潜力，在大动物模型上验证其冶疗效果和临床应用的可能性。
该论文的第一作者为课题组的研究助理教授Haitao Cui（崔海涛）博士，通讯作者为乔治华盛顿大学机械工程系的Lijie Grace Zhang教授。

原文链接https://advances.sciencemag.org/content/advances/6/26/eabb5067.full.pdf

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