Nat Med一作面对面：分享改善心脏功能及促进心肌修复的研究

2021

09/10

生物世界

A-

A+

国内外研究表明，组织工程心肌补片移植于梗死心肌表面，可能有改善心脏功能的作用，但目前的组织工程心肌补片在力学，促血管生成和给药方面不能兼顾，且作用有限。

心力衰竭（Heart Failure，HF），简称心衰，是一种进展型疾病，是心血管疾病的终末期，心力衰竭在全球范围内影响了超过2600万人，心力衰竭患者5年内死亡率高达50%。

心肌梗死（Myocardial infarction，MI），是造成慢性心力衰竭常见原因，尽管有药物治疗、左心室辅助设备、人工心脏、心脏移植等策略，但心肌梗死后的心力衰竭仍不可逆。这严重影响了患者的生活质量，威胁患者生命。

国内外研究表明，组织工程心肌补片移植于梗死心肌表面，可能有改善心脏功能的作用，但目前的组织工程心肌补片在力学，促血管生成和给药方面不能兼顾，且作用有限。因此急需研发一种多功能的补片，为梗死心肌提供综合性治疗。

目前研究的心肌补片大致可以分为两类:

1、载细胞补片，即在一定结构的支架上种植了种子细胞（干细胞诱导分化的心肌细胞等），体外培养后体内移植；

2、非细胞补片，由高分子或生物材料构建的不同结构的支架，致力于修饰支架自身的力学性能、三维结构及表面性质促进组织修复。组织工程心肌细胞补片在2006年由 Thomas Eschenhagen 教授提出并发展，但体内细胞低存活率一直困扰着研究者,限制其进一步推广使用。相比而言，非细胞补片具有良好的力学性能、可降解性、可定制等特点，更容易临床转化。

2021年3月15日，上海交通大学医学院附属瑞金医院心脏外科叶晓峰主任医师、赵强教授和东华大学材料科学与工程学院游正伟教授作为共同通讯作者，在国际顶尖医学期刊 Nature Medicine 杂志发表了题为：A perfusable, multi-functional epicardial device improves cardiac function and tissue repair（一种可灌注的多功能心外膜装置可改善心脏功能及促进组织修复）的研究论文。

该研究开发了一种可灌注的多功能心外膜装置（PerMed），该装置可改善梗死心肌左室重构，促进血管再生，改善局部微循环，促进心肌修复，进而明显改善心脏功能，为心肌梗死及心力衰竭的治疗，提高患者预后提供一种新的思路及方法。

赵强教授、叶晓峰主任医师课题组及游正伟教授课题组通过3D打印技术，体外制备一种可灌注的多功能心外膜装置（PerMed），由可生物降解的弹性补片，可渗透的多级微通道网络和通过皮下植入泵投递治疗物质的投递系统组成。其具有以下几个主要特点：

1）良好的弹性；

2）促血管再生，改善局部微循环；

3）精准药物投递；

4）生物可降解性；

5）良好的生物相容性。

心外膜植入弹性补片旨在为心室重构提供力学信号，多级微通道网络旨在促进血管再生并诱导修复性细胞浸润。将PerMed植入大鼠心肌梗死心外膜，发现其可改善心室功能。

通过与微量泵连接，PerMed将血小板源性生长因子靶向、持续和稳定地释放至目标区域，与无泵组相比，可增强心脏修复的疗效。研究团队进一步在猪上验证了PerMed通过腔镜辅助微创外科植入的可行性，为其临床转化用于治疗心脏疾病的提供了可能。

心外膜辅助装置组成及应用示意图

该研究从心脏外科医生的角度，创新研发一种新型的 可微创植入的多功能心外膜装置 ，旨在为梗死心肌提供多角度、综合性治疗，延缓心力衰竭的进程。而且， 这种心脏局部“精准”治疗的模式，为心血管基疾病的研究和治疗提供一种新的思路。

值得一提的是，研究团队还通过灌注不同分子量/大小的物质，探讨纤维化对PerMed物质运输和扩散的影响。利用 ¹⁸ F-FDG及 吉凯基因 AAV产品 （AAV9-GFP，经PerMed导管系统投递至大鼠心肌表面，注射体积70μl，病毒总量5×10 ¹⁰ GC，4周后取样检测），证明了体内纤维化不影响PerMed对小分子的运输和扩散。