杂志上的研究可能是心脏病治疗研究的一大进步,这样的技术有朝一日可以遏制心脏病发作幸存者心脏衰竭的风险

美国的研究人员在2018年11月28日的《科学进展》杂志网络版上表示,他们新发明了一种布片,每片都是一层薄膜,可以渗出一团分子,治愈心脏病发作时受损的组织。在对大鼠和猪进行的实验中,这些布片有助于减少疤痕并保持心脏泵血的能力。这样的技术有朝一日可以遏制心脏病发作幸存者心脏衰竭的风险。

萨斯喀彻温大学的研究人员正在关注可用于再生长和修复损伤心脏组织的生物3D打印心脏贴片的开发。最近发表在“组织工程”杂志上的研究可能是心脏病治疗研究的一大进步……

一组美国T工程研究人员正在用一张比邮票略小的扩张组织绷带修补破碎的心脏。

通常来说,急性心肌梗死发作后的1周乃至半年内,对患者来说都是非常高危是时期。因为心脏在缺血后会引起心脏组织的坏死,在发作后可能会产生乳头肌功能失调或断裂、心脏破裂、室壁膨胀瘤等并发症,导致患者死亡。

萨斯喀彻温大学的研究人员正在关注可用于再生长和修复损伤心脏组织的生物3D打印心脏贴片的开发。最近发表在“组织工程”杂志上的研究可能是心脏病治疗研究的一大进步。

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这项技术的研究者表示,他们发明的每个心脏修复薄膜的基部是一个聚合物薄片,上面镶嵌着微小的针头

类似于其他微针贴片,用于粘贴患者的心脏。与微针阵列相对的聚合物表面涂覆的凝胶中在含有心脏基质细胞。这些细胞分泌分子,如蛋白质和称为microRNA的微小遗传物质,能够支持心肌细胞的生长。Cheng的国家在大鼠中,测试了微针贴片促进健康组织生长和减轻瘢痕形成的效果。在研究人员诱导大鼠心脏病发作三周后,带有微针贴片的动物在受心脏病发作影响的心脏区域中有大约40%的健康组织,而未经治疗的大鼠仅有约10%。

在这些微针贴剂用于治疗人类之前,Cheng的国家计划将本研究中使用的聚合物换成逐渐溶解在体内的物质。这种新方法给心肌梗死后提高生存率提供了一种潜在的,无需开胸心脏移植手术的新方法。

原始出处:A patch studded with tiny needles may help heart attack
survivors recover

研究员Mohammad
Izadifar是加拿大萨斯喀彻温大学的生物医学工程博士生,专门从事心脏病和心脏病治疗研究。他最近在生物3D打印方面的突破性研究已经对动物进行了测试,并取得了积极成果。

通过再生细胞或组织修复由心脏病发作或医学状况破坏的心脏组织通常需要侵入性心脏直视手术。但是现在生物医学工程学教授Milica
Radisic(IBBME,ChemE,多伦多综合医院研究所)和她的同事已经开发出一种技术,可以让他们用小针注射修复补片,而不需要打开胸腔。

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Radisic的国家是使用聚合物支架在实验室中生长逼真的人体组织3D切片的专家。他们的一个创作,AngioChip,是一小块心脏组织,有自己的血管

“Mohammad的研究是一项开创性的工作,”Izadifar的主管、机械工程教授Daniel
Chen说道。“使用动物模型的初步结果是有希望的。这种新颖的心脏贴片有可能使世界各地的人类患者受益。”

  • 心脏细胞甚至以规律的节奏跳动。他们的另一项创新成果就像Velcro™一样。

令人印象深刻的是,Izadifar说,他创新的3D打印心脏贴片可以在未来十年内准备用于人类。他的研究目标是彻底改变心脏病的治疗过程。

这些实验室培养的组织已经被用于测试潜在的候选药物副作用,但长期目标是将它们植入体内以修复损伤。

当一个人心脏病发作时,部分或全部血液被阻塞到重要器官的某一部分。如果这个人能够幸免于难,那么损伤的心脏部分仍然无法解决。换句话说,健康的组织不能自然地再生,以完全恢复心脏。

“如果植入物需要进行心内直视手术,患者就无法广泛使用,”Radisic说。她说,在心肌梗塞

Izadifar解释说:“问题是心脏一旦受到心脏病发作的伤害就不能修复自己的心脏。如果心脏组织死亡,它不会在恢复。”

  • 心脏病发作后 –
    心脏功能降低太多,以至于心内直视手术等侵入性手术通常比潜在的益处带来更大的风险。“这太危险了,”她说。

然而,心脏补丁可以为这个问题提供一个解决方案。Izadifar开发了可以使用生物相容性材料和生物3D打印机打印的贴片。该贴片由“多孔果冻状结构”组成,由藻类为基础的水凝胶制成,被设计成在植入后溶解于患者的心脏。

Miles
Montgomery是Radisic实验室的博士候选人,他花了将近三年的时间开发出一种可以注射而不是植入的贴片。

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“一开始这是一个真正的挑战;没有任何基于我的设计的模板,我尝试的任何工作都没有,“蒙哥马利说。“但我把这些失败视为我正在努力解决一个值得解决的问题。”

值得注意的是,3D打印贴片设计用于容纳干细胞和生物相容纳米颗粒。这些纳米颗粒可被编程为向心脏的血管发送信号,有效地促进和鼓励损伤的心脏组织的再生长。

经过数十次尝试,蒙哥马利发现了一种与目标组织的机械特性相匹配的设计,并具有所需的形状记忆行为:当它从针头出现时,贴片展开成绷带状。

更具体地说,生物3D打印支架中的纳米颗粒促使干细胞转化为心脏细胞,其有助于逐渐再生患者自身受损的心脏,甚至有助于产生新的血管。

Radisic说:“形状记忆效应是基于物理特性,而不是化学特性。”这​​意味着展开过程不需要额外的注射,也不会受到体内局部条件的影响。

正如Izadifar所说:“在这个补丁的帮助下,患者将能够从自己的细胞再生心脏组织。这将是治疗心脏病发作的永久解决方案。”

下一步用真正的心脏细胞播种贴片。让它们生长几天后,它们将贴片注射到大鼠和猪身上。注射的贴片不仅展开到与通过更多侵入性方法植入的贴片几乎相同的尺寸,心脏细胞很好地存活了。

到目前为止,Izadifar已经能够将他的心脏贴片技术植入老鼠进行测试。为了能够监测大鼠,研究人员与加拿大光源同步器合作开发了一种非侵入性成像过程。

“当我们看到实验室培养的心脏组织功能正常且不受注射过程影响时,这非常令人兴奋,”蒙哥马利说。“心脏细胞非常敏感,所以如果我们可以用它们来做,大家也可以用其他组织做到这一点。”

他说:“通过不同的3D打印模式,我们可以控制贴片的韧性、电导率和细胞对齐。通过CLS开发的医学成像技术,我们可以监视3D打印的心脏贴片在心脏愈合过程中的表现。”

支架是由国家之前创作中使用的相同的生物相容性,可生物降解的聚合物构建的。随着时间的推移,脚手架会自然地分解,留下新的组织。

大鼠的植入过程由他的联合主管和神经外科专家Michael
Kelly提供帮助。该测试已经显示出有希望的结果:植入3D打印心脏贴片的老鼠具有70%的存活率。

研究小组还表明,在心脏病发作后,将贴片注入大鼠心脏可以改善心脏功能:受损的心室泵送的血液多于没有贴片的情况。

目前,研究人员正在集中精力研究3D打印心脏贴片对大鼠的长期影响。他的研究得到了加拿大卫生研究所的支持。

“它无法使心脏恢复到完全健康,但如果可以在人体内完成,我们认为它可以显着改善生活质量,”Radisic说。

在材料准备好进行临床试验之前,还有很长的路要走。Radisic和她的国家正在与病童医院的研究人员合作,评估斑块的长期稳定性,以及是否可以维持改善的心脏功能。

他们还申请了关于本发明的专利,并且正在探索在其他器官(例如肝脏)中使用贴剂。

“您可以定制这个平台,添加生长因子或其他可以促进组织再生的药物,”Radisic说。“我认为这是我们所做过的最酷的事情之一。”

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