跳动吧,心脏!新疗法让心脏细胞“起死回生”(图)

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心脏骤停的幸存者可能面临终身性心力衰竭。

心脏骤停的幸存者可能面临终身性心力衰竭。

新疗法将3D打印的心脏贴片直接附着在心脏上。


新疗法将3D打印的心脏贴片直接附着在心脏上。

  新浪科技讯 北京时间3月15日消息,据国外媒体报道,医生们常说,心脏病发作时,一定要抢占“先机”(心肌)。心脏需要依赖冠状动脉持续不断的氧气供应,一旦血流受阻,氧气供应就会停止,心肌细胞在短短几分钟内便会死去。在很多情况下,除非医生能在一小时内疏通阻塞,否则10亿多个心肌细胞将彻底死亡、不可逆转。


  幸存者往往终身受心脏衰竭之苦,此类患者人数在英国约有45万。在心脏病发作后的五年内,他们的存活几率只有50%。“他们的心脏最后变得极为虚弱,无法维持足够的血液供应,最终彻底停止运作。”剑桥阿登布鲁克医院的心脏病专家桑吉·辛哈(Sanjay Sinha)指出。


  但就在接下来五年之内,再生医学也许能提供一种全新疗法:培育活生生的、能够跳动的“心脏贴片”。


  与皮肤和肝脏等器官不同,心脏的自愈能力非常有限。心肌细胞每年的复制速度仅为0.5%,无法修复任何严重损伤。死去的细胞将被厚厚的、坚硬的疤痕组织替代,导致这部分心脏彻底丧失功能。


  目前,心力衰竭患者的唯一选择便是接受心脏移植。但由于缺少器官捐献者,英国每年仅能开展200例心脏移植手术。“我认为我们永远不可能得到足够的器官,因为去世时年纪轻轻、心脏强健的捐献人毕竟数量有限。”辛哈指出,“死于交通事故或头部受伤、且心脏仍可用于移植的人数非常少。”


  干细胞医学或可提供一种替代疗法。在临床试验中,科学家从患者血液或骨髓中提取可分化为多种细胞的干细胞,然后直接将单个干细胞注入向受损心脏,试图使其“重新肌肉化”。


  虽然此类疗法可使受损血管成功再生,改善心脏血流供应,但在修复受损心肌细胞这一主要问题上并无太大成效。科学家认为,这是由于其中95%的干细胞都无法附着在心脏上,而是立即被血流带走。


  但辛哈与剑桥大学干细胞研究中心的干细胞生物学家团队共同提出了一种略有区别的方案:使用心脏贴片。


  他们在实验室的小型培养皿中培育出了一些小小的、不断跳动的心肌薄片,每片面积不到2.5平方厘米,厚度约为半厘米。他们对血细胞进行重新编程,将其变为一种特定类型的干细胞,能够转化为各类体细胞,如本实验中需要的心肌细胞、血管细胞和心外膜细胞。接着,科学家在特殊支架上培育这些心脏细胞簇,使其结构接近真正的心脏组织。


  “我们认为这些贴片能够被患者心脏自然同化的几率很大,因为我们培育的组织含有全部细胞类型,且能够相互沟通,并且已经具备了跳动和收缩的功能。我们知道,心外膜细胞对协调心肌发育格外重要,因为研究显示,在胚胎发育过程中,心外膜与正在发育的心脏常常相互影响。”


  辛哈正准备用这些贴片开展实验,首先以小鼠为实验对象,然后在猪身上进行测试。若一切按计划进行,他或将在五年之内开展首次人体试验。


  跳动吧,心脏


  无独有偶。在美国,一支由斯坦福大学、杜克大学和威斯康辛大学组成的科学家团队也在尝试培育心脏贴片。


  他们对未来的展望与辛哈类似:将超声波与核磁共振扫描技术相结合,共同定位心脏中的疤痕组织。接着根据疤痕形状,利用3D打印制造任意形状或大小的定制化心脏贴片。随后医生打开患者胸腔,将贴片直接附着在心脏上,并将其与已有静脉和动脉相连。


  “对于严重心力衰竭患者,我们将在心脏不同部位附着多枚贴片。因为心脏为了适应损伤,体积会有所膨胀。”参与该研究的威斯康辛大学再生医学教授蒂姆·坎普(Tim Kamp)指出,“形状可由原本的橄榄球变为大气球或篮球。”


  该方法的主要挑战在于,如何使贴片与心脏融为一体、保证同步跳动。两者之间的电连接一旦存在缺陷,便会激发心律失常。


  “我们可以借助手术将贴片附在心脏上,但无法迫使它们‘两两联手’,”坎普解释道,“但我们希望能实现这一点。按照我们的预期,引起心肌收缩的电信号也可用于驱动贴片按照相同速率收缩。”


  辛哈认为,若能攻克这些挑战,不仅能拯救患者的生命,还可大大降低治疗成本。


  英国心脏移植手术的价格约为50万镑(约合438.5万元),这其中包含了住院费用。但对成千上万无法做移植手术的患者而言,后续治疗和反复住院的费用可能甚至更高。而相比之下,目前估算的心脏贴片疗法价格只有7万英镑(约合61.4万元)左右。


  此外,由于这些贴片由患者自身血液培育而来,患者便不会出现心脏移植手术的诸多复杂情况,如注射高剂量免疫移植药物等。“受损心脏是一个高度发炎的环境,新组织很难在其中存活。”坎普指出,“心脏贴片的好处在于,它们就源自患者自身,因此心脏不可能出现排异反应。”


  研究人员称,这项技术将改变全世界数百万患者的生活。“心力衰竭很可能导致患者无法自理,”辛哈表示,“它让人总是精疲力竭,甚至爬不了几节楼梯。但有史以来头一次,我们认为自己能够培育出活生生的心脏组织,不仅和患者自身组织一模一样,还能和原有细胞神奇地合为一体,共同发挥正常生理机能。假如我们能在接下来几年中做出进一步修改,确保该技术百分之百安全,就能用它帮助这些患者重新过上正常的生活了。” 阅读原文

文章来源: 留园 查看原文
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