供稿人：韓康 賀健康 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2021-07-16
盡管針對心肌梗死（MI）后的心臟修復(fù)技術(shù)已經(jīng)有了長足的發(fā)展，但新的綜合治療方法仍有待開發(fā)。目前，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院葉曉峰團(tuán)隊(duì)與東華大學(xué)游正偉團(tuán)隊(duì)共同設(shè)計(jì)了一種可灌注的多功能心外膜裝置(PerMed)，包括可生物降解的彈性貼片(BEP)、可滲透的分層微通道網(wǎng)絡(luò)(PHMs)和一個(gè)能夠從皮下植入的泵中輸送治療藥物的系統(tǒng)(圖1)。BEP具有仿生的彈性和強(qiáng)度，為梗死心肌提供機(jī)械信號，限制左室重構(gòu)，促進(jìn)組織修復(fù)；PHMs是一種仿生微血管系統(tǒng)，具有多層次的多孔微通道網(wǎng)絡(luò)，以促進(jìn)血管生成和誘導(dǎo)修復(fù)細(xì)胞的浸潤，如肌成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞。此外，由于PHMs固有的長期質(zhì)量轉(zhuǎn)運(yùn)能力和微孔結(jié)構(gòu)，可以用作治療試劑的儲庫，包括藥物、基因和生長因子。在心肌梗死大鼠模型中，植入PerMed可改善心室功能。此外，該團(tuán)隊(duì)還證明了利用微創(chuàng)手術(shù)將PerMed植入豬體內(nèi)的可行性，顯示出其臨床轉(zhuǎn)化治療心臟病的潛力。
圖1 PerMed組件的原理圖及其在MI治療中的應(yīng)用i) 藥物和生物活性制劑，包括肽、蛋白質(zhì)或基因，可以通過皮下注射泵輸送到受傷的心臟。ii) PerMed的組成部分，包括BEP、PHMs和輸送系統(tǒng)(導(dǎo)管和適配器)。iii) PHMs使微血管和修復(fù)細(xì)胞浸潤心臟。iv) PerMed對梗死心肌的力學(xué)性能有一定的改善作用。
PerMed植入后顯著改善了大鼠心肌梗死后的心室功能并限制了不良的左室重構(gòu)（圖2a）。與心肌梗死組相比，使用PerMed (PGS)和PerMed (PGS/PCL)可提高生存率(圖2b)。在PerMed (PCL)和PerMed (PGS)組，LVEF和左心室縮短分?jǐn)?shù)(LVFS)有隨時(shí)間減少的趨勢，MI組顯著減少，而在PerMed (PGS/PCL)組，LVEF和左心室縮短分?jǐn)?shù)(LVFS)有隨時(shí)間增加的趨勢(圖2c,d)。心臟磁共振成像(cMRI)顯示，由左室舒張末期容積(LVEDD)和左室舒張末期容積(LVEDV)決定的左室擴(kuò)張，與心肌梗死組相比, 在PerMed (PCL)和PerMed (PGS)組中得到中度預(yù)防，在PerMed (PGS/PCL)組中得到顯著預(yù)防(圖2e-g)。此外，通過灌注系統(tǒng)，PerMed能夠靶向、持續(xù)和穩(wěn)定地釋放血小板衍生生長因子-BB增強(qiáng)心臟修復(fù)的功效。研究人員設(shè)置了三組實(shí)驗(yàn):1)無泵組，2)PBS組和3)血小板源性生長因子-BB (PDGF-BB)組，并在心功能和心臟代謝方面進(jìn)行比較(圖2h)。cMRI分析顯示PDGF-BB組的LVEF在第28天高于其他組(圖2i)。對LVEDV和左室收縮期末容積(LVESV)分析顯示了相似的結(jié)果(圖2j)。PET分析顯示，在第28天，PDGF-BB組邊界區(qū)域的心肌細(xì)胞存活率高于其他組(圖2k)。此外，通過PDGF-BB32靶向的標(biāo)記物NG2染色觀察周細(xì)胞。有代表性的圖像顯示，PDGF-BB組有許多NG2+細(xì)胞圍繞著新生血管(圖2l)。
圖2 PerMed裝置改善了大鼠心肌功能的恢復(fù)。a,28天大鼠實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)示意圖。b，所示組存活率分析。c-d，通過超聲心動圖評估的第0、7、14和28天的左心室射血分?jǐn)?shù)(c)和縮短分?jǐn)?shù)(d)。e-g，第28天舒張末期和收縮末期代表性的心臟磁共振圖像與定量分析。h-k，所示組有代表性的心臟磁共振圖像(上)和正電子發(fā)射斷層掃描(下)圖像與定量分析。l，典型的免疫熒光染色CD31(紅色)，α-SMA(綠色)，NG2(粉紅色)和DAPI(藍(lán)色)來評估邊緣區(qū)域的成熟血管。m-n , NG2+細(xì)胞密度(m)和成熟指數(shù)(n)的定量。
這項(xiàng)工作結(jié)果表明，利用互補(bǔ)設(shè)計(jì)制備的新型多功能心外膜裝置對心肌梗死后的心臟修復(fù)具有綜合治療作用。