心脏病发作对心脏是一个极大的损伤,它不能再生,死亡的肌肉通常被疤痕组织取代,不能收缩以及传输电信号,而这二者都是平稳且有力的心跳所必需的。这种损伤的结局就是心力衰竭,影响到全世界多达1200万的患者。据《自然通讯》发布的一篇最新研究显示,杜克大学生物医学工程系创造了一个功能完备的人造心脏补丁,能够修补心脏病导致的损伤,这一进展也朝着修复坏死的心肌这一目标迈出了重要的一步。 杜克大学生物医学工程I
心脏病发作对心脏是一个极大的损伤,它不能再生,死亡的肌肉通常被疤痕组织取代,不能收缩以及传输电信号,而这二者都是平稳且有力的心跳所必需的。这种损伤的结局就是心力衰竭,影响到全世界多达1200万的患者。据《自然通讯》发布的一篇最新研究显示,杜克大学生物医学工程系创造了一个功能完备的人造心脏补丁,能够修补心脏病导致的损伤,这一进展也朝着修复坏死的心肌这一目标迈出了重要的一步。
杜克大学生物医学工程Ilia Shadrin博士介绍,现有的治疗方法旨在减轻心脏损伤后的症状,但这些肌肉还不能被替代,因为他们坏死后不能复生。这项研究所做的就是用身体外的组织替代这些已经死掉的肌肉。
目前的临床试验测试从骨髓、血压或心脏选取干细胞注射到受影响的部位,试图修补受损的肌肉,对治疗似乎有一些积极的影响但机制还未完全弄清楚,只有不到百分之一的注射细胞存活在心脏上,成为心肌细胞的数量更少。
与之相对,我们所说的心脏补丁可以移植到死亡的肌肉上长时间保持活跃,为心脏的收缩提供更多的力量,为心脏电信号传导提供通路,这些补丁还会分泌酶和生长因子,帮助尚未死亡的受损组织得以恢复。这种方式要求心脏补丁足够大,可以覆盖受损的组织,还必须和原先的心脏组织有强大的生电活性,否则电的差异会导致致命的心律失常。
杜克大学生物医学工程学系Nenad Bursac教授介绍,这种心脏补丁可以满足以上两个标准。人们对创造个体的心肌细胞做过不少研究,但主要是应用于药物开发的微型组织,扩展到这种相当大的规模是从未做过的,需要大量的工程技巧。他们从人类的“多能干细胞”,即可以成为体内任何类型的细胞制作心脏补丁,利用了许多不同的人体干细胞系,包括来自胚胎以及人工诱导至多能状态的干细胞完成补丁的制作。
通过一系列的改进措施,研究人员将过去1至4平方厘米的补丁成功扩大到16平方厘米,5到8个细胞的厚度。在测试中补丁的心脏肌肉正常,具有电、机械和结构特征,类似于正常健康的成年心脏的心脏肌肉。这一点难度很大,因为组织越大,越难保持相同的性能。
Bursac介绍这些心脏补丁移植到小鼠和大鼠的心脏后存活下来并成功血管化,以便内部细胞得到足够的氧气和营养,保持功能。当然如果想要修补人类的心脏,恢复心肌细胞,那么还需要让本研究所制作的组织更厚;如何与人的心肌完美结合也是必须弄清楚的事情,确保电信号顺利传导,避免出现心律失常的风险。
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