近日，蘇州大學楊磊教授（現(xiàn)任職河北工業(yè)大學）團隊、復旦大學孫寧教授團隊與美國布朗大學高華健院士團隊合作，研發(fā)出一種用于心肌梗死治療的粘彈性自黏附心肌補片。相關成果在線發(fā)表于4月15日《自然—生物醫(yī)學工程》。
缺血性心肌。↖schemic heart disease）是目前全球范圍內的主要致死因素，對其預防和治療是一個世界性難題。心肌補片（Cardiac patch）是治療嚴重心肌梗死（Myocardial infarction）和后續(xù)心力衰竭（Heart failure）的一種潛在有效方式。然而，雖然不同性質的材料已被用于制備各類心肌補片，且都具備一定改善心梗后心臟功能的作用，但不同心肌補片在限制心室病理性重構和改善心功能方面的機制尚不明確；對于這些材料中的哪些特性是心肌梗死治療中所必須的條件，是否存在最優(yōu)材料特性與力學性能仍不清楚。上述問題導致心肌補片的進一步提升遭遇瓶頸，也是該研究的出發(fā)點。
研究團隊首先構建了心室的有限元模型，對心肌梗死和非梗死區(qū)域的力學環(huán)境進行了準確定量表述，通過計算模擬研究了在梗死區(qū)域應施加何種力學約束可重建其力學功能并消除兩個區(qū)域間的力學差異。根據(jù)計算模擬結果所建議的最佳力學重建策略，運用淀粉和無機鹽，不斷改進配方，開發(fā)出了符合上述模擬結果的“凝膠點（gel point）”流變學特性的力學自適應性自粘心肌補片GPAP。
圖1. a.該研究開發(fā)的新材料心肌補片GPAP的性狀和手術使用示意圖。b.構建的心肌有限元模型。c. 有限元模擬計算的材料最優(yōu)粘彈性特征范圍。d. 根據(jù)有限元模型開發(fā)的GPAP心肌補片的流變特征。e. Micro-CT體內追蹤顯示心肌補片GPAP牢固粘附于心臟表面。f, g.急性心梗大鼠心臟表面應用GPAP心肌補片4周后組織切片的Masson染色和免疫熒光檢測。
GPAP黏附在心臟表面后能顯著降低梗死區(qū)域心肌的弛豫常數(shù)到與非梗死區(qū)域幾乎一致的水平。GPAP可以長期貼附在心外膜表面，無毒副作用，并可以直接通過CT進行連續(xù)動態(tài)追蹤。通過構建大鼠的急性心梗和亞急性心梗模型，該研究證實心梗后的病理性左室重構在使用GPAP后得到延緩和逆轉，心功能的主要指標全部得到改善，病理性心肌重構得到減輕，治療效果超越了幾乎所有目前已報道的不含細胞的心肌補片類型甚至部分干細胞補片。
本研究體現(xiàn)了醫(yī)學、物理學與材料學等不同學科交叉合作的優(yōu)勢，揭示了心肌梗死治療中的力學作用機制，開發(fā)的一種具有自主知識產權的心肌補片可望有效治療心肌梗死，未來更可以結合細胞與其他分子進一步改進優(yōu)化其治療效果。該研究成果為包括缺血性心肌病在內的重大疾病的治療開辟了新的思路。
蘇州大學林瀟副研究員、復旦大學柏傲冰、蔡煥煥博士和布朗大學劉越博士為共同第一作者；楊磊教授、孫寧教授、高華健院士為共同通訊作者；蘇州大學楊惠林、白艷潔，復旦大學蔣維研究員、王新紅副教授為共同作者。
