發(fā)布日期：2017-09-06

圖片來(lái)源：Nature Materials

心臟病發(fā)作后，心臟組織往往嚴(yán)重受損，需要侵入式的心臟直視手術(shù)來(lái)修補(bǔ)受損組織。而此時(shí)的心臟功能極大減弱，手術(shù)給病人帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)大大超過(guò)它的收益。因此，這種方法不僅危險(xiǎn)，更極大限制了病人的康復(fù)療效。

但現(xiàn)在，多倫多大學(xué)(University of Toronto) 的生物醫(yī)學(xué)工程教授Milica Radisic博士和她的同事開(kāi)發(fā)出了一種新的技術(shù)，使人們有可能無(wú)需再打開(kāi)胸腔，便可使用小針來(lái)注射心臟修復(fù)貼片。

Milica Radisic博士

Radisic的團(tuán)隊(duì)是利用聚合物架構(gòu)，在實(shí)驗(yàn)室中培育人體組織仿真3D切片的專(zhuān)家。他們的一項(xiàng)發(fā)明AngioChip，是一種含有血管的小塊心臟組織，其中的心臟細(xì)胞甚至可以有規(guī)律的跳動(dòng)。

在經(jīng)歷了數(shù)十次嘗試之后，研究人員們發(fā)現(xiàn)了一種符合目標(biāo)機(jī)械性質(zhì)的設(shè)計(jì)，并且有形狀記憶的行為：當(dāng)它從針頭中注射出來(lái)的時(shí)候，它會(huì)展開(kāi)，形成一個(gè)繃帶。

心臟貼片的理想生物材料需要能夠支持?jǐn)?shù)千個(gè)伸展周期而不變形，又不會(huì)阻礙心臟收縮和松弛。研究人員們選擇了一種可通過(guò)紫外交聯(lián)的彈性聚合物POMAC。這一聚合物被證明具有可調(diào)控的力學(xué)性能，并且可生物降解，在體內(nèi)表現(xiàn)出無(wú)毒和極小的炎癥特性。研究人員采用傅立葉變換紅外光譜(FTIR)和核磁共振(NMR)光譜學(xué)分析的方法，通過(guò)縮聚反應(yīng)合成了POMAC預(yù)聚體。

之后，通過(guò)使用軟刻蝕和注射模型，研究人員制造了六種有形狀記憶的聚合物架構(gòu)，以找到折疊后回到原來(lái)的形狀的最好架構(gòu)。這些架構(gòu)的尺寸為1厘米×1厘米×0.1毫米。最終，研究人員選擇了鉆石形的設(shè)計(jì)，因?yàn)榕c橢圓形的設(shè)計(jì)相比，鉆石形的設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的直線和凹槽可以幫助細(xì)胞的導(dǎo)引和延伸。

可注射心臟貼片在特制的生物反應(yīng)器中培養(yǎng)，并配上碳電極。使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)固定支架，在細(xì)胞培養(yǎng)和刺激的過(guò)程中保持其結(jié)構(gòu)，防止組織滾動(dòng)和壓實(shí)。心肌細(xì)胞通過(guò)支架上的PDMS連接，環(huán)繞支架的四周。在7天的培養(yǎng)過(guò)程之后，由于聚合物架構(gòu)的抗壓性和高彈性，可以平面壓縮和宏觀運(yùn)動(dòng)，并與組織同步收縮。

皮下注射7天后，研究人員發(fā)現(xiàn)，手術(shù)植入與注射的心臟貼片之間表現(xiàn)出相似的形態(tài)和特性。在這兩種類(lèi)型的貼片中，都可以找到心肌肌鈣蛋白T(cTnT)陽(yáng)性細(xì)胞，而且在注射的貼片中，有明顯更高的cTnT水平。手術(shù)組和注射組CD31(標(biāo)簽內(nèi)皮細(xì)胞)和平滑肌肌動(dòng)蛋白(SMA)的水平也相差不遠(yuǎn)。對(duì)這些貼片的炎癥反應(yīng)沒(méi)有明顯不同。當(dāng)放置在健康的大鼠心臟上時(shí)，與聚乙二醇雙丙烯酸酯(PEGDA)對(duì)照物相比，宿主對(duì)POMAC聚合物架構(gòu)的反應(yīng)沒(méi)有明顯差異。研究小組還發(fā)現(xiàn)，在心臟病發(fā)作后，將貼片注射到老鼠的心臟里可以改善心臟功能，受損的心室泵出的血液比沒(méi)有貼片時(shí)多。隨著時(shí)間的推移，支架會(huì)自然分解，只留下新的組織。

這種聚合支架在維持細(xì)胞生存和功能的同時(shí)，微創(chuàng)性的在體內(nèi)的輸送柔軟的心臟貼片。然而，這種方法仍然需要經(jīng)驗(yàn)豐富的全身麻醉醫(yī)生，因此仍然含有外科手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。隨著微創(chuàng)手術(shù)走向標(biāo)準(zhǔn)化和低成本，這種聚合物架構(gòu)的設(shè)計(jì)將有助于轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的研究。

這項(xiàng)研究的主要研究員，論文的第一作者M(jìn)iles Montgomery先生說(shuō)： “當(dāng)我們看到實(shí)驗(yàn)室培育的心臟組織功能正常，不受注射過(guò)程的影響時(shí)，這非常令人興奮。心臟細(xì)胞非常敏感，如果我們可以在心臟上使用它，我們也可以在其他的組織上這樣做。”

Radisic博士說(shuō)：“這種貼片不能使心臟恢復(fù)到完全健康的狀態(tài)，但如果它能在人類(lèi)身上使用，我們認(rèn)為它將顯著改善病人的生活質(zhì)量。”

在準(zhǔn)備進(jìn)行臨床試驗(yàn)之前，這項(xiàng)發(fā)明還有很長(zhǎng)的路要走。Radisic和她的團(tuán)隊(duì)正在與醫(yī)院的研究人員合作，以評(píng)估這些貼片的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，以及是否能夠持續(xù)改善心臟功能。他們申請(qǐng)了這項(xiàng)發(fā)明的專(zhuān)利，并正在探索在其他器官(如肝臟)中這款貼片。

參考資料

[1]Injectable tissue patch could help repair damaged organs

[2]Flexible shape-memory scaffold for minimally invasive delivery offunctional tissues

來(lái)源：康健新視野（微信號(hào) HealthHorizon）