Science子刊：人工心脏贴片促进心肌梗死后的心脏修复

Johnny · 发表于 2020-4-10 22:18:27

本帖最后由 Johnny 于 2020-4-10 22:49 编辑

Science子刊：利用细胞分泌物制成现成的人工心脏贴片促进大鼠和猪心肌梗死后的心脏修复

近日，北卡罗莱纳州立大学的程柯教授团队开发出了一种“现成的”人造心脏贴片，可以将源自心脏细胞的“愈合因子”直接传递到心脏病发作的部位。在心脏病发作的大鼠模型中，可冷冻的无细胞贴片促进心脏功能的恢复。研究人员还在一项涉及猪心脏病发作的试验研究中发现了类似的效果。

心脏贴片（Cardiac patches）作为直接递送至心脏病病变部位的细胞疗法的替代选择具有应用前景。然而，当前的心脏贴片制备起来脆弱、昂贵、费时，并且由于它们使用活细胞材料，增加了肿瘤形成和心律不齐的风险。“我们已经开发出一种人工心脏贴片，可以潜在地解决与使用活细胞相关的问题，但仍然可以为受伤部位提供有效的细胞疗法，”北卡罗莱纳州立大学／北卡大学教堂山分校联合生物医学工程系R.B. Terry 冠名杰出教授程柯说。程柯教授及其同事首先通过从脱细胞的猪心脏组织创建支架基质来构建贴片。合成的心脏基质细胞（由包含心脏基质细胞衍生修复因子的可生物降解的聚合物制成）被嵌入基质中。最终的贴片包含了细胞分泌的所有治疗性成分，而没有活细胞触发患者的免疫反应。在心脏病发作的大鼠模型中，与不治疗相比，用人工心脏贴片治疗可在三周内使心脏功能改善约50％，并在受伤部位减少约30％的疤痕。研究人员还对猪模型中的心脏病发作进行了为期7天的初步研究，与未治疗相比，猪心脏某些区域的瘢痕形成减少了30％，而且心脏功能稳定。其他实验表明，已冷冻的人造贴片与新创建的贴片同样有效。程柯教授说：“该贴片可以被冷冻并安全地保存至少30天，并且由于其中没有活细胞，因此不会触发患者的免疫系统产生排异反应。这是迈向真正的现成的心脏贴片疗法解决方案的第一步。”该研究发表在Science Translational Medicine杂志上

当前的心肌梗塞（MI）治疗方法，包括限制初始损伤和阻断继发性不良适应的途径，极大地降低了心血管疾病的发病率和死亡率。但是，急性心肌梗死后的重塑过程仍然经常导致心律不齐和心力衰竭，并导致心血管疾病的发病和死亡。细胞疗法的研究重点是使用来自不同来源的细胞，通过改变心脏重塑过程并减少由MI引起的疤痕大小来促进心肌再生。心脏来源的心脏基质细胞（CSC）通过分泌旁分泌因子并与受损的心肌细胞直接相互作用，提供再生治疗益处。在轻中度心肌梗死的临床试验中，已经证实了CSC治疗的安全性和适度的有益效果。细胞疗法在心脏修复中的临床应用有几个局限性。首先，细胞非常脆弱，必须在移植前小心保存以保持活力和功能。因此，不能将活细胞视为临床应用的现成产品。就人工和材料费用而言，细胞疗法是昂贵的。细胞疗法产品的作用方式仍然难以捉摸，因此很难标准化产品的释放标准。一些未分化的细胞在移植后可能会表现出不受控制的细胞生长或致瘤性，这使这些问题更加复杂。此外，当使用同种异体细胞时，免疫源性是一个问题。自体细胞的移植具有一些优势，但是这些细胞的生成既昂贵又费时，因为每个患者的细胞代表一个独立的批次。此外，无论递送途径如何，极低的细胞驻留率都是阻碍细胞治疗功效的主要障碍。移植后如此迅速的细胞丢失，主要不是由于细胞死亡，而是由主动收缩的心脏将细胞“冲走”。

人工心脏贴片（artCP）示意图

有研究设计出多种掺有干细胞的支架材料，以用作心肌再生的心脏补丁/贴片。但是，与天然细胞相关的上述局限性对于细胞心脏贴片仍未解决。为了克服这些挑战，该研究通过将合成的CSC（synCSC）嵌入脱细胞的心肌细胞外基质（ECM）（myoECM）中来设计和制造人工心脏贴片（artCP）。源自脱细胞猪心肌的myoECM提供了最佳的支架材料，具有天然的超微结构和材料特性。myoECM保留了已证明可促进移植后建设性重塑和血管形成的生物活性。synCSC是通过将人类CSC分泌的因子封装到可生物降解的聚乳酸-乙醇酸（PLGA）微粒中制成的。组合使用时，myoECM的三维（3D）网状结构可为天然心肌提供机械支持，而嵌入的synCSC则分泌再生因子。两种成分都是无细胞的，克服了使用活细胞的不足，并提供了具有延长保质期的现成产品。该研究测试了artCP的机械和生物学特性以及体外冷冻性能，并确定了它在MI的啮齿动物和猪模型中的治疗效果。通过利用细胞和ECM生物学，artCP为心脏修复提供了一种无细胞的，临床上可行的，现成的潜在疗法。

人工心脏贴片（artCP）改善大鼠心梗后心功能

参考文献：Ke Huang, Emily W. Ozpinar, Teng Su, Junnan Tang, Deliang Shen, Li Qiao, Shiqi Hu, Zhenhua Li, Hongxia Liang, Kyle Mathews, Valery Scharf, Donald O. Freytes and Ke Cheng. An off-the-shelf artificial cardiac patch improves cardiac repair after myocardial infarction in rats and pigs. Science Translational Medicine 08 Apr 2020:Vol. 12, Issue 538, eaat9683 DOI: 10.1126/scitranslmed.aat9683
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