粘弹性自黏附心肌补片:或将有效治疗心肌梗死

心肌梗死是人类健康的主要“杀手”之一。成年心肌细胞一旦损伤坏死很难再生,坏死的心肌逐渐被纤维瘢痕组织替代。不同于正常心肌组织,纤维瘢痕缺乏良好的电传导功能,可使受损心脏的电传导速度减慢,增加传导方向的不均一性,加重心脏收缩不同步所致心衰,易诱发致命的恶性心律失常,甚至猝死。目前,临床所采用的治疗方法包括药物、溶栓治疗、冠状动脉旁路手术等,无法从根本上修复受损心肌、阻断病程进展,最终仍可能导致心力衰竭和恶性心律失常。

近年来,科学家和医生们在心脏疾病的治疗方面已经取得了巨大进步,尤其被称为“心肌补片”的发展。心肌补片是一种片状的工程化心脏组织,能够替换受损的心肌组织,就像给受损的心脏打一个“补丁”。据了解,心肌补片是治疗严重心肌梗死和后续心衰的一种潜在有效方式。然而,心肌补片在限制心室病理性重构和改善心功能方面的力学机制尚不清楚,不同性质的材料已被用于制备各类心肌补片,但是否存在最优材料特性与力学性能仍未知。

近日,苏州大学教授杨磊(现任职河北工业大学)团队、复旦大学教授孙宁团队与美国布朗大学教授高华健团队合作,研发出一种用于心肌梗死治疗的粘弹性自黏附心肌补片。相关成果在线发表于415日《自然—生物医学工程》。

该研究团队首先构建了心室的有限元模型,对心肌梗死和非梗死区域的力学环境进行了准确定量表述。接下来,研究人员通过计算模拟,研究了在梗死区域应施加何种力学约束可重建其力学功能并消除两个区域间的力学差异。根据得出的最佳力学重建策略,他们开发了具有“凝胶点”流变学特性的力学自适应性自粘心肌补片GPAP

“它黏附在心脏表面后,能显着降低梗死区域心肌的弛豫常数,达到与非梗死区域几乎一致的水平。”杨磊告诉《中国科学报》,在使用GPAP后,动物的病情会得到延缓和逆转,心功能的主要指标也会全部得到恢复,效果超越了几乎所有已报道的无细胞类心肌补片甚至部分干细胞补片。

本研究体现了医学、物理学与材料学等不同学科交叉合作的优势,揭示了心肌梗死治疗中的力学作用机制,开发了一种具有自主知识产权的心肌补片,可望有效治疗心肌梗死。该研究成果为包括缺血性心肌病在内的重大疾病的治疗开辟了新思路。

 

 

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