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杜克大学开发出具备完整功能的人工心脏肌肉贴

2017-12-06

来自美国杜克大学的一个研究团队近日透露,他们已经研制出了一种具有完整功能的心脏肌肉,它可以制造的足够大,用于修补因心脏病发作导致的心脏肌肉组织死亡。这项突破性进展朝修复人类患者中已死亡心脏肌肉的终极目标迈出了重要一步。该项研究已于近日发表于顶级期刊《自然通讯》(Nature Communication),文章标题:Cardiopatch platform enables maturation and scale-up of human pluripotent stem cell-derived engineered heart tissues

心脏不同于其他一些人类器官之处在于,心脏肌肉在心脏病发作后无法再生,这是由于取代死亡肌肉的疤痕组织不能接收或传递必要的电信号,而这些电信号是心脏收缩并强制性地将血液泵向全身所必需的。据悉,心力衰竭影响全球1200万人。

该文章的第一作者、杜克大学生物医学工程博士Ilia Shadrin表示,当前,几乎所有疗法的目的都是减少已受损心脏的相关症状,还没有方法能够替换已经失去功能的心脏肌肉,因为这些心脏肌肉一旦死亡,不会重新长出自己。而采用我们的方法,能够用体外培养的心脏肌肉组织来替换失去功能的心脏肌肉。

尽管目前已经有一些临床试验正在测试将源于骨髓、血液或心脏本身的干细胞注射到器官内,以便再生出受损的组织,但对于很少能取得积极预后的背后机制的理解却很单薄。相反,目前正在进行的心脏修补研究,尽管有足够的医学解决方案,但心脏修补贴片必须足够大,并且要能像自然的心脏组织一样具有强大的电生理活性,以允许电信号通过。杜克大学开发的新干预措施是首个符合这些标准的修补贴片,其大小为16平方厘米,厚度为5-8个细胞,甚至可以分泌酶和生长因子来促进受损组织的再生。

杜克大学生物医学工程教授Nenad Bursac表示,创建单个心肌细胞是很稀松平常的事,但目前的研究一直专注于生长出小型组织用于药物开发,把它的尺寸扩大到用于修补心脏,这种事之前还从未有过,而且需要大量的生物医学工程方面的独创性。

该团队的这款心脏肌肉组织贴片基于人类多能干细胞开发,多能干细胞是一类可以与体内任何类型组织匹配的细胞,可以制造出:心肌细胞(负责肌肉收缩)、成纤维细胞(为心脏组织提供结构框架)、血管内皮及平滑肌细胞(形成血管)。

Nenad Bursac教授表示,创造这款心脏肌肉贴片的难度非常大,因为组织越大就越难保持一致的性能。同样极具挑战性的是,如何让组织贴片在短至5周的时间内发育成熟,同时实现人类通常需要数年的正常发育所达到的组织特性。

目前,该团队已经证明,在小鼠和大鼠心脏中,这款心脏肌肉组织贴片能够存活,并且能够血管化和行使功能。现在,为了能够用于人类的心脏中,这款心脏贴片必须要足够的厚,这也是目前该团队正在努力攻坚的难题。

文章、图片参考来源:Fully Functioning Artificial Human Heart Muscle Developed

来源:新浪医药