杜克工程师创造功能完善的可跳动心脏补丁

心脏病发作后,死亡的心肌会被无法收缩的疤痕组织替代,导致慢性心力衰竭。慢性心衰正影响着世界上1200万人的健康。让受损的心脏组织再生是一项具有挑战性的工作:心肌必须能够自主收缩,同时必须要能传输电信号。

杜克大学(Duke University)的工程师表示,他们创造了一种人造心肌,可以用来弥补心脏病患者的心肌损伤。他们体外培养了能转化为任何组织类型的人体多能干细胞来实现这个目的。研究者能在五周内将心肌贴片生长到适当的大小,并使它们能以正常成年人心脏的跳动强度搏动。他们在啮齿动物模型中测试了这个发明,发现贴片能够存活,形成血管并保持其功能。这项研究发表在《自然》子刊《Nature Communication》杂志上。

研究者测试了细胞、营养素和生长因子的不同组合。他们发现在细胞培养的过程中晃动生长在营养液中的细胞,就能得到更大、更厚的心肌组织片。该论文的通讯作者,杜克大学生物医学工程教授Nenad Bursac博士在发布会上说:“要做到这一点非常困难,因为生长的组织越大,保持整个组织的性能一致就越难。”他补充说,保证贴片的性能像成年人的心脏一样也特别具有挑战性,因为人类通常需要多年的正常发育才能实现这些特性。

▲ 杜克大学生物医学工程教授Nenad Bursac博士(图片来源:杜克大学官方网站)

科学家们正在探索多种技术来使用人类细胞再生受损心脏,包括将干细胞直接注射到损伤的心肌中。今年夏天,波士顿大学(Boston University)Christopher S. Chen教授的研究小组发明了一种3D打印贴片,可以促进缺血性组织的健康血管生长,用于修复下肢缺血或心肌缺血。此外,多伦多大学的科学家正在开发一种可以折叠入注射器并注射到受损心脏部位的贴片。

Bursac带领的研究团队认为,要制造一个真正有效的心脏贴片,尺寸很重要,而他们发明的贴片足够大,可以修复心脏的损伤。但是在进行临床测试之前,这些贴片需要进一步优化,达到比在研究中使用的更厚的程度才行。他们的下一个挑战将是制造更厚的贴片,使它们血管化,以便它们获得足够的营养和氧气,并将它们与现有的健康心肌整合。

这篇论文的第一作者,杜克大学生物医学工程博士生Ilia Shadrin说:“像这样的完全整合是非常重要的,(治疗心肌缺血)不仅需要改善心脏的机械泵送,还要确保心电波的顺利传播和最小化心律失常的风险。