2017心脏病的最新重大突破

“现在，几乎所有现有的治疗方法都是为了减轻已经对心脏造成的伤害，但是没有办法能够代替失去的肌肉，因为一旦它死了，它就不会重新生长拥有”，杜克大学生物医学工程博士生Ilya Shadrin说，也是研究的第一作者。 “这是一种我们可以用身体外的组织来代替失去的肌肉的方法。”

与一些人体器官不同，心脏病发作后心脏不能再生。死亡肌肉经常被疤痕组织代替，不能再传输电信号或收缩，这两种都是使心跳平稳和有力的必要条件。最终的结果是一种通常被称为心力衰竭的疾病，影响了全世界1200多万名患者。 Shadrin和他的顾问Nenad Bursac（杜克大学生物医学工程教授）正在开发新的治疗方法，以预防心力衰竭及其致死并发症。

目前的临床试验正在测试将来自骨髓，血液或心脏本身的干细胞直接注射到受影响部位以试图补充一些受损肌肉的策略。虽然似乎有这些治疗的积极效果，但其机制还不完全清楚。不到百分之一的注射细胞存活并留在心脏，甚至更少成为心肌细胞。另一方面，心脏贴片可以被植入到死亡的肌肉上，并长时间保持活动状态，为收缩提供更多的力量，并为心脏的电信号通过提供了一个平滑的路径。这些贴片还分泌酶和生长因子，可以帮助恢复尚未死亡的受损组织。

然而，为了使这种方法起作用，心脏贴片必须足够大以覆盖受影响的组织。它也必须与原生心脏组织一样强大和电活跃，否则这种差异会导致致命的心律不齐。心脏贴片的细胞是由人类多能干细胞培育出来的，这种细胞可以成为体内任何一种细胞。Bursac和Shadrin成功地利用了许多不同的人类干细胞系，包括从胚胎中获得的干细胞，以及那些被人为地强迫或“诱导”到他们多能性的状态。

各种类型的心脏细胞可以从这些干细胞中生长出来:心肌细胞，负责肌肉收缩的细胞;成纤维细胞，为心脏组织提供结构框架的细胞;内皮和平滑肌细胞，形成血管的细胞。研究人员将这些细胞与类似果冻的物质放在一起，在这些细胞中自我组织并成长为正常的组织。找到合适的细胞组合、支撑结构、生长因子、营养和培养条件，使人类心脏组织的功能得到充分发挥，这已经成为团队多年的工作。每一个容器和程序都必须要有大小，并从头开始设计。而把它全部带在一起的关键是一点点摇摆。

Shadrin说：“事实证明，摇动样本改善营养输送是非常重要的。 “与我们的静态样品相比，我们获得的摇摆培养效果要好三到五倍。”研究人员之前的贴片有1平方厘米和4平方厘米，结果得到了改进。它们成功地达到了16平方厘米和5到8个细胞的厚度。测试表明，该贴片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。

伯萨克说:“这是非常困难的，因为生长的组织越大，在整个过程中保持相同的特性就越困难。”“同样具有挑战性的是，在5个星期的时间里，使组织成熟到成人的力量，同时实现通常需要数年的正常人类发展的特性。”

Bursac和Shadrin已经证明了这些心脏斑块的存活，在植入老鼠和老鼠心脏时，血管化并维持它们的功能。然而，为了让心脏贴片真正取代人类病人死心肌的工作，它需要比本研究中生长的组织厚得多。而且为了让斑块变得更厚，它们需要被血管化，这样室内的细胞就能获得足够的氧气和营养。即便如此，研究人员还必须弄清楚如何将心脏贴片与现有的肌肉完全融合在一起。“这样的完整的整合真的很重要，不仅仅是为了提高心脏的机械跳动，而是为了确保电波的平滑传播，降低心律失常的风险，”Shadrin说。他说:“我们和其他人一样，正在积极地研究这个问题，但目前，我们很高兴看到‘尺寸问题’的部分被发现了。”

有了巨大的心脏贴片，Bursac团队正在与伯明翰的阿拉巴马大学的研究人员合作，制定程序，成功地将贴片整合到猪的心脏上。威斯康星大学麦迪逊分校的另一个研究小组正致力于开发改进的干细胞，以创造出这些心脏斑块的主要细胞类型，以期最大限度地减少对工程组织输送的免疫反应。