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美国杜克大学生物医学工程师创造出人造心脏肌肉

美国杜克大学的生物医学工程师创造出了功能完善的人造心脏肌肉，足以弥补心脏病发作造成的典型损伤。这一进展朝着修复死亡心肌的最终目标迈进了一大步。该研究发表于《自然通讯》网站。

杜克大学生物医学工程博士生Ilya Shadrin说：“几乎所有现有的治疗方法都是为了减轻对心脏造成的伤害，没有办法能够代替失去的肌肉，因为一旦心脏肌肉死亡，它就不会重新生长。我们正在研究用体外培养的组织来替代失去的心脏肌肉。”

与其他人体器官不同，心脏病发作后，心脏肌肉不能再生。死亡的心肌常被疤痕组织替代，这些组织不能再传输电信号或收缩，而这两者都是心脏正常跳动所必需的。心肌死亡的最终后果便是心力衰竭，全世界约有1200多万人患有心衰。Shadrin团队正在开发的新治疗方法有望预防心力衰竭及其致死并发症。

目前的临床试验正在测试将来自骨髓、血液或心脏本身的干细胞直接注射到受影响部位，试图修复受损心脏肌肉。虽然有一定效果，但只有不到1%的注射细胞存活并留在心脏，最终成为心肌细胞的数量更少。另一方面，科学家利用心脏贴片植入到死亡肌肉上，并长时间保持活性，为心脏收缩提供更多力量，并为电信号传导提供平滑路径。这些贴片还分泌酶和生长因子，帮助恢复尚未死亡的受损组织。

人造心脏贴片与原生心脏组织一样强大和电活跃

不过，要使这种方法有效，心脏贴片必须足够大以覆盖受影响组织，且必须与原生心脏组织一样强大和电活跃，否则差异会导致致命的心律不齐。这是第一个人类心脏补丁，其中的细胞为人类多能干细胞，这种细胞可以分化成体内任何类型的细胞。Shadrin团队已成功使用多种人类干细胞系，包括胚胎干细胞和诱导多能干细胞。

这些干细胞能分化出各种心脏细胞：心肌细胞（负责收缩）、成纤维细胞（提供结构框架）、内皮细胞和平滑肌细胞（形成血管）。研究人员将细胞以特定比例放置在果冻状基质中，使其自我组织并长成有功能的组织。寻找正确的细胞组合、支持结构、生长因子、营养素和培养条件已花费多年。目前，Shadrin团队成功将心脏贴片扩大至16平方厘米、5到8个细胞厚。测试表明，贴片中的心脏肌肉功能完全，具有类似正常成人心脏的电、机械和结构特性。

做到这一点非常困难，因为组织越大，保持整体性能越难。同样具有挑战性的是使组织在五周内快速成熟到成人心肌的力量水平，而正常发育需要数年。

如果要应用于人类心脏，贴片厚度必须加厚并实现血管化

下一步，科学家将持续研究心脏贴片生长，使其血管化并维持功能，然后先植入老鼠心脏进行实验。人类心脏肌肉比老鼠厚得多，若要替代死亡心肌，需要更厚的组织并血管化，使内部细胞获得足够氧气和营养。研究人员还必须解决如何将贴片与现有肌肉充分整合，这不仅为了改善机械泵送，也为了确保电波顺利传播，减少心律失常风险。

这项研究获得了美国国立卫生研究院为期7年、总额860万美元的资助。杜克大学还与伯明翰阿拉巴马大学合作，开发将心脏贴片整合到猪心中的程序。威斯康星大学麦迪逊分校的另一个研究小组则致力于改进干细胞，以创造构成贴片的主要细胞类型，尽可能减少免疫排斥。