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首个符合人类尺寸的心脏补丁诞生!已在大鼠身上试验了一个月

  • 2017年12月1日 lihuizhen来源:澎湃新闻 498 26
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一般来说,在心脏病发病期间,患者失去流向心脏肌肉的血液,导致细胞死亡。这块受损的心肌死亡后形成一个瘢痕组织,这些瘢痕组织不能接收或传递必要的电信号,这会引发患者充血性心力衰竭并最终导致死亡。

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心脏补丁的发明使得代替受损心脏器官成为可能,并且实时对患者心脏进行远程监控也不再是天方夜谭,心脏疾病患者未来将充满希望。

心脏“补丁”并不陌生,然而创建和人类心脏大小匹配的“补丁”极为困难。目前,美国杜克大学的生物医学工程师打破了这一瓶颈,获得了世界上首个完整功能的人类人工心肌,朝修复患者坏死心肌这一终极目标迈出了重要一步。相关成果于11月29日发表在国际学术期刊《自然•通讯》(Nature Communications)。

一般来说,在心脏病发病期间,患者失去流向心脏肌肉的血液,导致细胞死亡。这块受损的心肌死亡后形成一个瘢痕组织,这些瘢痕组织不能接收或传递必要的电信号,这会引发患者充血性心力衰竭并最终导致死亡。目前,全世界超过1200万名患者受到这一问题的困扰。

论文的第一作者 Ilya Shadrin表示,“事实上,目前临床上所有的疗法都只是在减少患者的临床症状,但没有办法替代已经失去的心肌,因为这些心肌一旦死亡就不能自主再生。但是采用我们的方案,就能够用体外培养的心肌组织来替换失去功能的坏死心肌。”

从实验团队拍摄的视频中可见,从人干细胞中培养获得的人工心脏补丁组织,在一个有盖的培养皿中可以像心肌一样跳动。这块补丁的大小是4厘米×4厘米,比研究人员在2013年制作的人工心肌要大30倍。

研究团队可以在5周之内培养获得人工心肌,不过他们需要4个月的时间来培养所需要的干细胞。实验中用到的干细胞技术基于人类诱导多功能干细胞,来自于皮肤活检或血液样本中的体细胞,并进行基因重组。

在这项研究期间,一块更小尺寸的组织补丁已经在大鼠身上试验了一个月。结果显示,能产生心肌收缩和传导电脉冲。未来,研究团队将在猪身上进行测试,这项实验会由阿拉巴拉大学的研究人员负责将补丁移植到猪的心脏上。

值得注意的是,相比于大鼠等动物模型,用于人心脏的补丁还要更厚一些,至少是2-3毫米厚,需具备一个成年人泵血所需要的足够的心肌力量。

该论文的通讯作者,杜克大学生物医学工程教授Nenad Bursac 表示,“创建单个心肌细胞已经司空见惯,但研究者们通常是利用小尺寸的组织来研究药物开发。将尺寸放大到我们实验中的这个规模之前从未有人做过,它需要大量的生物医学工程方面的独创性。”

Bursac还提到,“创造这个心脏补丁是非常难做到的,因为组织越大就越难保持整体一致的性能。同样,如何让这一组织在5周时间内发育成熟,同时实现人类通常需要数年正常发育才能达到的组织特性,这些都极具挑战。”

Bursac在受损心脏替换和重建领域已经研究了近20年,他称杜克大学这次研究中测试的这块补丁是世界上首个能充分满足人类心脏尺寸的补丁。Bursac认为,“未来这肯定能解决一个大问题,患者可以获得相对便宜的治疗方案,这种方案或许还会变得较为普遍,因为目前心脏移植手术的一个受限因素是捐赠来源短缺,而我们并不存在这个问题。”

当然,把实验室培养出的一块组织移植到人的心脏上也会像心脏移植一样有一些风险和挑战。外来移植可能会引起患者的排斥,又或者一段时间后这块人工心肌会失效。更重要的是,这块会律动的补丁必须和患者本身的心脏律动保持同步,否则就会因心律失常将患者置于危险境地。

这项研究获得了美国国立卫生研究院(NIH)一项长达7年、总计860万美元的资助,目前研究只进行了一年。


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