心臟也能打“補(bǔ)丁”

梁郡

幾十年來，科學(xué)家和醫(yī)生們在心臟疾病的治療方面已經(jīng)取得了飛躍式的進(jìn)步，尤其是近年來被稱為“心肌補(bǔ)片”的發(fā)展。心肌補(bǔ)片是一種片狀的工程化心臟組織，能夠替換受損的心肌組織，就像給受損的心臟打一個(gè)“補(bǔ)丁”。

目前，該領(lǐng)域的研究有了新的突破性進(jìn)展。哈佛大學(xué)化學(xué)與化學(xué)生物系的查爾斯·利伯教授、博士后戴小川等研究人員在研究中描述了一種納米尺度的電子支架結(jié)構(gòu)，這種支架能被植入并培養(yǎng)心臟細(xì)胞以形成“仿生”心肌補(bǔ)片。

安全又節(jié)能

該項(xiàng)研究的關(guān)鍵影響在于能用預(yù)制的組織補(bǔ)片替換受損心臟組織，好比給心臟打一個(gè)“補(bǔ)丁”。而植入這種仿生補(bǔ)片后，它的作用便類似于起搏器，通過傳導(dǎo)電刺激來糾正心率失常，但作用又不盡相同。

傳統(tǒng)的心臟起搏器通過脈沖發(fā)生器發(fā)放由電池提供能量的電脈沖，通過導(dǎo)線電極的傳導(dǎo)，刺激電極所接觸的心肌，使心臟激動(dòng)和收縮，從而達(dá)到治療由于某些心律失常所致的心臟功能障礙的目的。

“與傳統(tǒng)起搏器不同的是，仿生補(bǔ)片與組織無縫地融為一體，并且可以時(shí)時(shí)監(jiān)測心肌組織的電生理信號?！贝餍〈ㄕf，“因此仿生補(bǔ)片可以檢測到心肌組織電生理信號中的不正常部分，并積極地做出反應(yīng)?！贝送猓律a(bǔ)片所需要的電刺激電壓也要比傳統(tǒng)起搏器更低，在安全和節(jié)能方便有一定的優(yōu)勢。

納米級的響應(yīng)速率

這種仿生心肌補(bǔ)片的基礎(chǔ)是納米級的電子支架結(jié)構(gòu)。據(jù)戴小川介紹，這種納米級的組織支架，是模仿傳統(tǒng)的心臟組織支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而成。與之前的工作相比，這種支架纖維的尺寸降低了一個(gè)數(shù)量級，彎曲剛度降低了三個(gè)數(shù)量級，達(dá)到了和PLGA（一種美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)的生物材料）電紡絲材料相似的性質(zhì)。與此同時(shí)，還將大量的傳感器融入其中，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)控的功能。

而由于納米電子器件與生俱來的快速響應(yīng)，可以輕易達(dá)到10微秒級別的時(shí)間分辨率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了三維光學(xué)成像技術(shù)的速度?！坝捎谶@一性質(zhì)，我們可以檢測到一些以前很難看到的快速過程，例如，在藥物起效的時(shí)候，心肌組織如何響應(yīng)藥物刺激并最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)，心律不齊發(fā)生時(shí)的組織電生理信號的一些不穩(wěn)定活動(dòng)。甚至在常導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的傷害或其他心臟疾病的大范圍心率失常發(fā)作之前，心肌補(bǔ)片就可以檢測到早期的不穩(wěn)定癥狀，并更快加以干預(yù)?！贝餍〈ń忉屨f。

未來怎么做

現(xiàn)有的仿生心肌補(bǔ)片還沒有在動(dòng)物中植入過，所以在未來，希望能夠?qū)⒎律呐K補(bǔ)片移植入動(dòng)物體內(nèi)，持續(xù)觀察植入的心肌組織。這種可以自我監(jiān)測、自我調(diào)節(jié)的心臟補(bǔ)片將會(huì)在心臟病治療中創(chuàng)造新的機(jī)會(huì)，戴小川表示。

此外，戴小川說：“我們希望通過進(jìn)一步設(shè)計(jì)納米電子支架，將其應(yīng)用拓展到其他組織中去，例如構(gòu)建三維仿生神經(jīng)組織，或血腦屏障模型，從而展開新的研究。并且拓展納米電子支架中的器件類型和功能，例如化學(xué)傳感器、壓力傳感器、發(fā)光器件等，都可以實(shí)現(xiàn)新的監(jiān)測和調(diào)控手段。這也是非常有意義的?！?/p>