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一種修補受損心臟的新方法

來源 : Louis Landmark 編譯
update : 2018/06/14
《Therepi儲液器》放在一角美金上,由此可看出大小。 圖片來源:麻省理工學院自然生物醫學工程學系

在患者心臟病發作後,導致心臟衰竭的一系列事件開始,心臟血管阻塞部位的損傷會導致疤痕組織。為了回應疤痕,心臟會改造以補償。這個過程通常會以心室或瓣膜衰竭結束。

一組研究人員希望用一種名為《Therepi》的小型設備,來阻止心臟病發展到心臟衰竭的地步。該設備包含一個直接連接受損心臟組織的儲存器,由患者或醫護人員注射的補充線,將液體儲存器連接至患者皮膚上或皮膚下的端口。

Nature Biomedical Engineering上發表的一項新研究,麻省理工學院、哈佛大學、愛爾蘭皇家外科醫學院、都柏林聖三一學院先進材料和生物工程研究中心,以及愛爾蘭戈爾韋國立大學的研究人員,詳細介紹了《Therepi》在恢復心臟功能上的應用。

理工學院機械工程系,和醫學工程與科學研究所副研究員兼助理教授Ellen Roche解釋說:「心臟病發作後,可以使用這種裝置來提供治療,以防止患者發生心臟衰竭。 如果患者已經有一定程度的心臟衰竭,可以使用該裝置來減緩。」

目前,用於預防心臟衰竭的兩種最常見的藥物輸送治療系統,都是侵入性的且效率低。在一種方法中,藥物是全身性傳輸,而不是直接輸送到損害部位,而且通常只有少量真正到達受損的心臟組織,且所使用的藥物量必須限制,以避免有毒的副作用。

「從藥理學的觀點來看,這是一個很大的問題,所注射的藥物不能長時間停留在受損的組織,以至於不能有所作為,」共同作者和博士候選人William Whyte說。

而替代方法涉及將治療直接注入心肌的侵入性手術。由於需要多劑量,這需要多次侵入性手術。

Therepi》則根據需要,多次進行局部非侵入性治療,解決了目前給藥方法存在的問題。只需一次手術即可將器械的儲液器植入心臟。

儲液器本身俱有令人驚嘆的藥物輸送潛力。由明膠為基礎的聚合物構建而成的儲存器,呈半球形形狀,具有與病變組織相連的平坦底部。平底由半透膜組成,可以調整,以便讓更多藥物,或更大的材料直接進入心臟組織。

Whyte補充道:「用來建造儲液器的材料至關重要。它需要像海綿一樣行動,因此可以將治療保留在需要的地方,但這很難完成,因為心臟會不斷擠壓和移動。」

該儲液器為管理幹細胞療法提供了獨特的機會。它充當細胞工廠。細胞不是透過膜進入心臟,而是留在儲液器內,在那裡產生促進受損心臟組織癒合的旁分泌因子。

在大鼠模型中,該裝置顯示出在心臟病發作後有效改善心臟功能。研究人員在4週的時間內,向受損心臟施用多劑量的細胞。然後使用壓力容積導管,分析組織中的血液動力學變化,並使用超聲心動圖比較隨時間變化的功能變化。

麻省理工學院健康科學與技術部博士生Claudia Varela解釋說:「我們看到擁有設備的大鼠團體恢復了一些心臟功能。」

透過療法接受多劑量細胞的心臟,具有比僅接受一次注射,或根本沒有治療的心臟更多的功能。

Therepi》的能力不僅僅是治療心臟疾病。由於它提供了多次局部劑量傳輸的機會,因此可以用作確定準確劑量的工具。

「我們希望將設備本身作為一種研究工具,以更多地了解最佳藥物負載情況,」羅氏說。

這是第一次,研究人員可以追蹤確定最佳劑量間隔和劑量。

Whyte補充道,作為一名通過培訓的藥劑師,非常需要了解最佳劑量、何時是心臟病發作後的最佳治療時機,以及需要多少劑量才能達到理想的治療效果,」。

雖然該團隊一直專注於《Therepi》如何減輕心臟病的影響,但該設備可用於身體的其他部位。透過優化設計和調整用於構建水庫的材料,《Therepi》可用於廣泛的疾病和健康問題。

Whyte 說,這個設備是一個真正的平台,可以根據不同的器官系統和不同的條件進行調整。 「這僅僅是一個很好的例子,看看如何交叉研究設備和生物療法,可以幫助我們想出治療疾病的新方法。」