近日，蘇州大學(xué)楊磊教授（現(xiàn)任職河北工業(yè)大學(xué)）團(tuán)隊(duì)、復(fù)旦大學(xué)孫寧教授團(tuán)隊(duì)與美國(guó)布朗大學(xué)高華健院士團(tuán)隊(duì)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(bǔ)片。相關(guān)成果在線發(fā)表于4月15日《自然—生物醫(yī)學(xué)工程》。
缺血性心肌。↖schemic heart disease）是目前全球范圍內(nèi)的主要致死因素，對(duì)其預(yù)防和治療是一個(gè)世界性難題。心肌補(bǔ)片（Cardiac patch）是治療嚴(yán)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(zhì)的材料已被用于制備各類心肌補(bǔ)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(bǔ)片在限制心室病理性重構(gòu)和改善心功能方面的機(jī)制尚不明確；對(duì)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(xué)性能仍不清楚。上述問(wèn)題導(dǎo)致心肌補(bǔ)片的進(jìn)一步提升遭遇瓶頸，也是該研究的出發(fā)點(diǎn)。
研究團(tuán)隊(duì)首先構(gòu)建了心室的有限元模型，對(duì)心肌梗死和非梗死區(qū)域的力學(xué)環(huán)境進(jìn)行了準(zhǔn)確定量表述，通過(guò)計(jì)算模擬研究了在梗死區(qū)域應(yīng)施加何種力學(xué)約束可重建其力學(xué)功能并消除兩個(gè)區(qū)域間的力學(xué)差異。根據(jù)計(jì)算模擬結(jié)果所建議的最佳力學(xué)重建策略，運(yùn)用淀粉和無(wú)機(jī)鹽，不斷改進(jìn)配方，開(kāi)發(fā)出了符合上述模擬結(jié)果的“凝膠點(diǎn)（gel point）”流變學(xué)特性的力學(xué)自適應(yīng)性自粘心肌補(bǔ)片GPAP。
圖1. a.該研究開(kāi)發(fā)的新材料心肌補(bǔ)片GPAP的性狀和手術(shù)使用示意圖。b.構(gòu)建的心肌有限元模型。c. 有限元模擬計(jì)算的材料最優(yōu)粘彈性特征范圍。d. 根據(jù)有限元模型開(kāi)發(fā)的GPAP心肌補(bǔ)片的流變特征。e. Micro-CT體內(nèi)追蹤顯示心肌補(bǔ)片GPAP牢固粘附于心臟表面。f, g.急性心梗大鼠心臟表面應(yīng)用GPAP心肌補(bǔ)片4周后組織切片的Masson染色和免疫熒光檢測(cè)。
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(zhǎng)期貼附在心外膜表面，無(wú)毒副作用，并可以直接通過(guò)CT進(jìn)行連續(xù)動(dòng)態(tài)追蹤。通過(guò)構(gòu)建大鼠的急性心梗和亞急性心梗模型，該研究證實(shí)心梗后的病理性左室重構(gòu)在使用GPAP后得到延緩和逆轉(zhuǎn)，心功能的主要指標(biāo)全部得到改善，病理性心肌重構(gòu)得到減輕，治療效果超越了幾乎所有目前已報(bào)道的不含細(xì)胞的心肌補(bǔ)片類型甚至部分干細(xì)胞補(bǔ)片。
本研究體現(xiàn)了醫(yī)學(xué)、物理學(xué)與材料學(xué)等不同學(xué)科交叉合作的優(yōu)勢(shì)，揭示了心肌梗死治療中的力學(xué)作用機(jī)制，開(kāi)發(fā)的一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的心肌補(bǔ)片可望有效治療心肌梗死，未來(lái)更可以結(jié)合細(xì)胞與其他分子進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化其治療效果。該研究成果為包括缺血性心肌病在內(nèi)的重大疾病的治療開(kāi)辟了新的思路。
蘇州大學(xué)林瀟副研究員、復(fù)旦大學(xué)柏傲冰、蔡煥煥博士和布朗大學(xué)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(xué)楊惠林、白艷潔，復(fù)旦大學(xué)蔣維研究員、王新紅副教授為共同作者。
