图片来源：Nature Materials

　　心脏病发作后，心脏组织往往严重受损，需要侵入式的心脏直视手术来修补受损组织。而此时的心脏功能极大减弱，手术给病人带来的风险大大超过它的收益。因此，这种方法不仅危险，更极大限制了病人的康复疗效。

　　但现在，多伦多大学(University of Toronto) 的生物医学工程教授Milica Radisic博士和她的同事开发出了一种新的技术，使人们有可能无需再打开胸腔，便可使用小针来注射心脏修复贴片。

　　Milica Radisic博士

　　Radisic的团队是利用聚合物架构，在实验室中培育人体组织仿真3D切片的专家。他们的一项发明AngioChip，是一种含有血管的小块心脏组织，其中的心脏细胞甚至可以有规律的跳动。

　　在经历了数十次尝试之后，研究人员们发现了一种符合目标机械性质的设计，并且有形状记忆的行为：当它从针头中注射出来的时候，它会展开，形成一个绷带。

　　心脏贴片的理想生物材料需要能够支持数千个伸展周期而不变形，又不会阻碍心脏收缩和松弛。研究人员们选择了一种可通过紫外交联的弹性聚合物POMAC。这一聚合物被证明具有可调控的力学性能，并且可生物降解，在体内表现出无毒和极小的炎症特性。研究人员采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振(NMR)光谱学分析的方法，通过缩聚反应合成了POMAC预聚体。

　　之后，通过使用软刻蚀和注射模型，研究人员制造了六种有形状记忆的聚合物架构，以找到折叠后回到原来的形状的最好架构。这些架构的尺寸为1厘米×1厘米×0.1毫米。最终，研究人员选择了钻石形的设计，因为与椭圆形的设计相比，钻石形的设计中出现的直线和凹槽可以帮助细胞的导引和延伸。

　　可注射心脏贴片在特制的生物反应器中培养，并配上碳电极。使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)固定支架，在细胞培养和刺激的过程中保持其结构，防止组织滚动和压实。心肌细胞通过支架上的PDMS连接，环绕支架的四周。在7天的培养过程之后，由于聚合物架构的抗压性和高弹性，可以平面压缩和宏观运动，并与组织同步收缩。

　　皮下注射7天后，研究人员发现，手术植入与注射的心脏贴片之间表现出相似的形态和特性。在这两种类型的贴片中，都可以找到心肌肌钙蛋白T(cTnT)阳性细胞，而且在注射的贴片中，有明显更高的cTnT水平。手术组和注射组CD31(标签内皮细胞)和平滑肌肌动蛋白(SMA)的水平也相差不远。对这些贴片的炎症反应没有明显不同。当放置在健康的大鼠心脏上时，与聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA)对照物相比，宿主对POMAC聚合物架构的反应没有明显差异。研究小组还发现，在心脏病发作后，将贴片注射到老鼠的心脏里可以改善心脏功能，受损的心室泵出的血液比没有贴片时多。随着时间的推移，支架会自然分解，只留下新的组织。

　　这种聚合支架在维持细胞生存和功能的同时，微创性的在体内的输送柔软的心脏贴片。然而，这种方法仍然需要经验丰富的全身麻醉医生，因此仍然含有外科手术的风险。随着微创手术走向标准化和低成本，这种聚合物架构的设计将有助于转化医学的研究。

　　这项研究的主要研究员，论文的第一作者Miles Montgomery先生说： “当我们看到实验室培育的心脏组织功能正常，不受注射过程的影响时，这非常令人兴奋。心脏细胞非常敏感，如果我们可以在心脏上使用它，我们也可以在其他的组织上这样做。”

　　Radisic博士说：“这种贴片不能使心脏恢复到完全健康的状态，但如果它能在人类身上使用，我们认为它将显著改善病人的生活质量。”

　　在准备进行临床试验之前，这项发明还有很长的路要走。Radisic和她的团队正在与医院的研究人员合作，以评估这些贴片的长期稳定性，以及是否能够持续改善心脏功能。他们申请了这项发明的专利，并正在探索在其他器官(如肝脏)中这款贴片。

　　参考资料

　　[1]Injectable tissue patch could help repair damaged organs

　　[2]Flexible shape-memory scaffold for minimally invasive delivery offunctional tissues