跳動吧,心臟!新療法讓心臟細胞「起死回生」

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  新浪科技訊 北京時間3月15日消息,據國外媒體報道,醫生們常說,心臟病發作時,一定要搶佔「先機」(心肌)。心臟需要依賴冠狀動脈持續不斷的氧氣供應,一旦血流受阻,氧氣供應就會停止,心肌細胞在短短幾分鐘內便會死去。在很多情況下,除非醫生能在一小時內疏通阻塞,否則10億多個心肌細胞將徹底死亡、不可逆轉。

跳動吧,心臟!新療法讓心臟細胞「起死回生」

心臟驟停的倖存者可能面臨終身性心力衰竭。

跳動吧,心臟!新療法讓心臟細胞「起死回生」

新療法將3D打印的心臟貼片直接附著在心臟上。

新浪科技訊 北京時間3月15日消息,據國外媒體報道,醫生們常說,心臟病發作時,一定要搶佔「先機」(心肌)。心臟需要依賴冠狀動脈持續不斷的氧氣供應,一旦血流受阻,氧氣供應就會停止,心肌細胞在短短幾分鐘內便會死去。在很多情況下,除非醫生能在一小時內疏通阻塞,否則10億多個心肌細胞將徹底死亡、不可逆轉。

倖存者往往終身受心臟衰竭之苦,此類患者人數在英國約有45萬。在心臟病發作後的五年內,他們的存活幾率只有50%。「他們的心臟最後變得極為虛弱,無法維持足夠的血液供應,最終徹底停止運作。」劍橋阿登布魯克醫院的心臟病專家桑吉·辛哈(Sanjay Sinha)指出。

但就在接下來五年之內,再生醫學也許能提供一種全新療法:培育活生生的、能夠跳動的「心臟貼片」。

與皮膚和肝臟等器官不同,心臟的自愈能力非常有限。心肌細胞每年的複製速度僅為0.5%,無法修復任何嚴重損傷。死去的細胞將被厚厚的、堅硬的疤痕組織替代,導致這部分心臟徹底喪失功能。

目前,心力衰竭患者的唯一選擇便是接受心臟移植。但由於缺少器官捐獻者,英國每年僅能開展200例心臟移植手術。「我認為我們永遠不可能得到足夠的器官,因為去世時年紀輕輕、心臟強健的捐獻人畢竟數量有限。」辛哈指出,「死於交通事故或頭部受傷、且心臟仍可用於移植的人數非常少。」

干細胞醫學或可提供一種替代療法。在臨床試驗中,科學家從患者血液或骨髓中提取可分化為多種細胞的干細胞,然後直接將單個干細胞注入向受損心臟,試圖使其「重新肌肉化」。

雖然此類療法可使受損血管成功再生,改善心臟血流供應,但在修復受損心肌細胞這一主要問題上並無太大成效。科學家認為,這是由於其中95%的干細胞都無法附著在心臟上,而是立即被血流帶走。

但辛哈與劍橋大學干細胞研究中心的干細胞生物學家團隊共同提出了一種略有區別的方案:使用心臟貼片。

他們在實驗室的小型培養皿中培育出了一些小小的、不斷跳動的心肌薄片,每片面積不到2.5平方厘米,厚度約為半厘米。他們對血細胞進行重新編程,將其變為一種特定類型的干細胞,能夠轉化為各類體細胞,如本實驗中需要的心肌細胞、血管細胞和心外膜細胞。接著,科學家在特殊支架上培育這些心臟細胞簇,使其結構接近真正的心臟組織。

「我們認為這些貼片能夠被患者心臟自然同化的幾率很大,因為我們培育的組織含有全部細胞類型,且能夠相互溝通,並且已經具備了跳動和收縮的功能。我們知道,心外膜細胞對協調心肌發育格外重要,因為研究顯示,在胚胎發育過程中,心外膜與正在發育的心臟常常相互影響。」

辛哈正準備用這些貼片開展實驗,首先以小鼠為實驗對象,然後在豬身上進行測試。若一切按計劃進行,他或將在五年之內開展首次人體試驗。

跳動吧,心臟

無獨有偶。在美國,一支由斯坦福大學、杜克大學和威斯康辛大學組成的科學家團隊也在嘗試培育心臟貼片。

他們對未來的展望與辛哈類似:將超聲波與核磁共振掃瞄技術相結合,共同定位心臟中的疤痕組織。接著根據疤痕形狀,利用3D打印製造任意形狀或大小的定制化心臟貼片。隨後醫生打開患者胸腔,將貼片直接附著在心臟上,並將其與已有靜脈和動脈相連。

「對於嚴重心力衰竭患者,我們將在心臟不同部位附著多枚貼片。因為心臟為了適應損傷,體積會有所膨脹。」參與該研究的威斯康辛大學再生醫學教授蒂姆·坎普(Tim Kamp)指出,「形狀可由原本的橄欖球變為大氣球或籃球。」

該方法的主要挑戰在於,如何使貼片與心臟融為一體、保證同步跳動。兩者之間的電連接一旦存在缺陷,便會激發心律失常。

「我們可以借助手術將貼片附在心臟上,但無法迫使它們『兩兩聯手』,」坎普解釋道,「但我們希望能實現這一點。按照我們的預期,引起心肌收縮的電信號也可用於驅動貼片按照相同速率收縮。」

辛哈認為,若能攻克這些挑戰,不僅能拯救患者的生命,還可大大降低治療成本。

英國心臟移植手術的價格約為50萬鎊(約合438.5萬元),這其中包含了住院費用。但對成千上萬無法做移植手術的患者而言,後續治療和反覆住院的費用可能甚至更高。而相比之下,目前估算的心臟貼片療法價格只有7萬英鎊(約合61.4萬元)左右。

此外,由於這些貼片由患者自身血液培育而來,患者便不會出現心臟移植手術的諸多複雜情況,如注射高劑量免疫移植藥物等。「受損心臟是一個高度發炎的環境,新組織很難在其中存活。」坎普指出,「心臟貼片的好處在於,它們就源自患者自身,因此心臟不可能出現排異反應。」

研究人員稱,這項技術將改變全世界數百萬患者的生活。「心力衰竭很可能導致患者無法自理,」辛哈表示,「它讓人總是精疲力竭,甚至爬不了幾節樓梯。但有史以來頭一次,我們認為自己能夠培育出活生生的心臟組織,不僅和患者自身組織一模一樣,還能和原有細胞神奇地合為一體,共同發揮正常生理機能。假如我們能在接下來幾年中做出進一步修改,確保該技術百分之百安全,就能用它幫助這些患者重新過上正常的生活了。」(葉子)

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