心脏病发作造成的心脏补丁修复损坏

Duke大学的生物医学工程师创造了一个充分发挥的人造人体心肌，足以补贴通常在遭受心脏病发作的患者中造成的伤害。预先迈向治疗人类患者死心脏肌肉的最终目标。2017年11月28日，该研究在自然通讯中出现在线。

“现在，几乎所有现有的疗法都旨在减少对心脏已经完成的损害的症状，但没有任何方法能够取代丢失的肌肉，因为一旦它已经死了，它不会恢复它杜克大学的生物医学工程博士学生Ilia Shadrin表示，“伊利亚Shadrin说。“这是我们可以用在身体外面制造的组织取代失去的肌肉。”

与一些人体器官不同，心脏无法在心脏病发作后无法再生。死肌通常由瘢痕组织取代，这些疤痕组织不再能够传递电信号或合同，这两者都是光滑和强烈的心跳所必需的。

最终结果是一种通常被称为心力衰竭的疾病，这些疾病会影响超过1200万患者。新的疗法，例如由Shadrin和他的顾问Nenad Bursac是Duke的生物医学工程教授所开发的疗法，以防止心力衰竭及其致命的并发症。

目前的临床试验正在测试将源自骨髓，血液或心脏的干细胞的策略直接进入受影响的部位，试图补充一些受损的肌肉。虽然这些治疗似乎似乎存在一些积极的影响，但它们的机制尚不完全理解。少于一个百分之一的注射细胞存活并保留在心脏中，甚至较少变为心肌细胞。

另一方面，心脏贴片可以可以想地植入死肌上并长时间保持活跃，为心脏的电信号传播提供更多的强度，为心脏的电信号提供更平滑的路径。这些斑块还分泌酶和生长因子，这些因素可以帮助恢复尚未死亡的受损组织。

然而，对于这种工作方法，心脏贴片必须足够大以覆盖受影响的组织。它也必须与原生心脏组织一样强壮和电活性，否则差异可能导致致命的心律失常。

这是符合两个标准的第一个人类心脏补丁。“创造磷心肌细胞很常见，但人们一直专注于生长的药物发展的微型组织，”Bursac说。“将其扩展到这个大小是从未完成的东西，它需要很多工程聪明才智。”

心脏贴剂的细胞从人多能干细胞生长 - 可以成为体内任何类型的细胞的细胞。Bursac和Shadrin用许多不同的人干细胞成功地制造了贴剂，包括衍生自胚胎的那些，并且人为地强迫或“诱导”进入其多能状态的那些。

可以从这些干细胞生长各种类型的心细胞：心肌细胞，负责肌肉收缩的细胞;成纤维细胞，为心脏组织提供结构框架的细胞;和内皮和平滑肌细胞，形成血管的细胞。研究人员将这些细胞以特定的比例纳入果冻状物质，在那里它们自组织并生长成功能组织。

寻找细胞的合适组合，支持结构，生长因子，营养和培养条件以生长大，人体心脏组织的全功能斑块已经采取了团队的工作。每个容器和程序都必须大小从头开始。把它带到一起的钥匙是一点点摇摆和摇摆。

“事实证明，摇动样品沐浴并飞溅以改善营养交付极为重要，”沙兰林说。“与我们的静态样品相比，我们获得了三到五倍的结果，摇摆文化更好。”

结果改善了研究人员之前的贴片，其为一个平方厘米和四平方厘米。它们成功缩放了16平方厘米，厚度为16至8个细胞。试验表明，贴片中的心肌是完全函数的，具有类似于正常健康的成年心脏的机械和结构性。

“这是极难做的，因为种植的组织越大，在其贯穿上方保持相同的性质越难以，”Bursac说。“同样挑战已经使组织成人的力量在五个星期的快速时间内成熟，同时实现了通常需要多年的正常人类发展的性质。”

Bursac和Shadrin已经表明，这些心脏贴片存活，变得血管化并在植入小鼠和大鼠心脏时保持其功能。然而，对于实际替代人类患者的死心肌的工作，但是，需要比在本研究中种植的组织更厚。并且对于厚厚的斑块，它们需要血管化，使得内部的细胞可以获得足够的氧气和营养。即便如此，研究人员也将不得不将心脏补丁与现有肌肉完全整合。

“完全集成就像那样重要的是，不仅仅是改善心脏的机械泵送，而是为了确保电波的光滑扩散，最大限度地减少心律失常的风险，”沙林说。

“我们正在积极努力，也是他人，但现在，我们很激烈，让”规模事项“部分PD出来，”Bursac补充道。

该研究是七年的一部分，从国家卫生机构获得860万美元。随着大型心脏补丁，Bursac团队与伯明翰大学的研究人员合作开发成功将贴片整合到猪的心中的程序。威斯康星大学 - 麦迪逊大学的另一个研究人员团队正在努力开发改进的干细胞，以创造构成这些心脏补丁的主要细胞类型，希望最小化对工程组织的递送的免疫应答。

该研究得到了基金会Leducq和国家健康研究院（R01HL104326，R01HL12652，UG3TR002142，U01H1134764,5T32GM007171，F30HL122079）。

出版物：Ilya Y.Shadrin，等，“Cardiopatch平台使人类多能干细胞衍生的设计心脏组织的成熟和扩大，”自然通信8，物品编号：1825（2017）DOI：10.1038 / S41467-017-01946-x