华人科学家程柯发明“即用型”人工心脏补丁，有效修复心脏损伤 | Science子刊封面论文

细胞治疗已成为心脏创伤或梗死后的一种有希望的修复方法。然而，移植细胞的低存留率/植入率影响了其潜在治疗效果。在支架材料中植入细胞构建成补丁后移植到心脏表面可以克服该问题。不过，这种补丁因需要新鲜制备以保持细胞活力，无法长期保存，加上同种异体细胞具有免疫原性，自体细胞移植昂贵耗时等缺点限制了其临床应用。

来源: Science Translational Medicine

4月8日，北卡罗莱纳州立大学的程柯教授团队开发了一种“即用型”人工心脏补丁，可以克服使用活细胞治疗的诸多限制，并能有效修复急性心肌梗死动物模型的受损心肌，而且显示出良好的安全性。相关成果以封面论文的形式发表在Science Translational Medicine上[1]。

图片来源：Science Translational Medicine

具体来说，程柯团队将含有人心脏基质细胞分泌物的可生物降解聚合物（synCSC）植入去细胞化的猪心肌细胞外基质（myocardial extracellular matrix, myoECM）——一种具有天然网状结构和心脏组织相似弹性的理想支架，构建了这种人工心脏补丁（artificial cardiac patch，artCP）。

该补丁可释放细胞因子、外泌体等生物活性物质，促进血管新生、调节局部炎症反应、促进细胞外基质重塑等，从而治疗受损心脏。同时，它不包含活细胞，不会引起人体的免疫反应，一举两得。

图片来源：Science Translational Medicine

在这项研究中，程柯教授团队分别通过大鼠和猪测试了人工心脏补丁的疗效。

大鼠急性心肌梗死模型实验显示，与未治疗组相比，人工心脏补丁治疗3周后的大鼠心功能改善了约50%，心肌梗死面积显著缩小（下图C），危险区域存活心肌组织（下图D）和左室壁厚度增加（下图E）。

图片来源：Science Translational Medicine

鉴于猪的心脏解剖结构与人类相似，研究人员还通过对猪心肌梗死模型进行为期7天的初步研究，进一步验证了人工心脏补丁的作用。他们发现，与未治疗组相比，心脏补丁治疗后的猪心脏某些部位梗死面积显著减少（下图D、E），心肌纤维化明显改善（下图F），心脏功能也稳定了。

图片来源：Science Translational Medicine

在安全性方面，血样评估表明人工心脏补丁移植不会导致实验动物的肝肾损伤。

此外，实验表明冷冻过的人工心脏补丁和新鲜制作的补丁同样有效。这意味着人工心脏补丁比活细胞补丁具有更长的保质期，有望满足未来临床应用上对“即用型”产品的需求。

当然，研究还存在一些局限性。例如作为一项初步研究，猪的研究样本量较小，但这些观察结果与大鼠的研究结果是一致的。此外，为了减少与开胸手术相关的损伤，未来的迭代中需要开发微创补丁递送方法等。

总的来说，该研究证明人工心脏补丁是一种临床上可行的、易于储存的、无细胞的替代性心肌修复方法。

程柯教授表示：“我们开发出的人工心脏补丁在解决使用活细胞相关问题的同时，还能为受伤部位提供有效的治疗。由于没有活细胞参与，该补丁不会触发患者的免疫系统排斥反应。并且它可以被冷冻并安全保存至少30天。这是迈向真正实现‘即用型’心脏修补治疗的第一步。”

相关论文：

[1] Ke Huang et al. An off-the-shelf artificial cardiac patch improve scardiac
repair after myocardial infarction in rats and pigs. Science Translational Medicine (2019)

参考资料：

1# Off-the-shelf artificial cardiac patch repairs heart attack damage in rats, pigs （来源：Medical press）

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