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科学家想给心脏"打补丁"

2018-3-29 00:52

心脏骤停会导致部分心脏安排坏死,而逝世后的细胞就无法从头康复活力。可是科学家们正在寻觅改动这一局面的办法,并或许解救不计其数的人。 当或人心脏病发生时,医师喜爱说,时刻便是肌肉。心脏依赖于冠状动脉继续 ...

心脏骤停会导致部分心脏安排坏死,而逝世后的细胞就无法从头康复活力。可是科学家们正在寻觅改动这一局面的办法,并或许解救不计其数的人。

当或人心脏病发生时,医师喜爱说,时刻便是肌肉。心脏依赖于冠状动脉继续供给氧气,假如这些细胞的供养被阻断,心脏肌肉细胞就会在几分钟内逝世。在许多情况下,除非医师能在一小时内免除堵塞,不然超越10亿的肌肉细胞将不可逆转地坏死。

那些幸存下来的人往往也会留下永久性的心力衰竭后遗症。仅在英国,大约就有45万人受此困扰。在心脏病发生后的5年内,50%的人或许会失掉生命。英国剑桥阿登布鲁克医院的心脏病专家桑杰·辛哈(Sanjay Sinha)说:“终究,他们的心脏变得十分衰弱,以至于无法保持满足的血液活动,直至彻底中止。”

但在未来5年内,再生医学或许供给全新的挑选:即培养出鲜活的、跳动的“心脏补丁”。应战在于,不同于咱们的其他器官,比方皮肤和肝脏,心脏的自我修正才能十分有限。心肌细胞的仿制速度仅为每年0.5%,不足以修正任何严峻危害。取而代之的是,坏死的细胞被厚厚的坚固疤痕安排所替代,这意味着心脏的部分功用不再发挥作用。

图2:那些在心脏骤停后存活下来的人会留下永久性的心脏衰竭后遗症

现在,对心脏衰竭患者仅有的医疗挑选便是心脏移植。但捐献器官的缺少意味着,每年在英国只能进行200例这样的手术。辛哈说:“我以为咱们不或许得到所需求的捐助数量,因为没有不计其数具有健康心脏的年轻人逝世。只要少量死于交通事故或头部伤口的人,他们的心脏依然健旺有力,可以用来做移植手术。”

干细胞医学或许供给另一种挑选。在临床实验中,科学家企图从患者血液或骨髓中提取干细胞,并直接将它们注入心脏以重塑受损部位,这种干细胞可以发育成许多不同类型的细胞。尽管这些办法现已成功地协助受损的血管再生,然后改进了心脏的血液活动,但在处理首要问题方面——损害的心肌重生,它们的用途微乎其微。这是因为95%的打针干细胞无法附着在心脏上,而是当即被血液所吸收。

可是,与剑桥大学干细胞研讨所的干细胞生物学家们一同,辛哈正在研讨略微不同的主意——心脏补丁。这些细小的、跳动的心脏肌肉每个面积小于2.5平方厘米,有半厘米厚,生长在实验室器皿中。经过一个月的培养,心脏补丁由血细胞重组,并构成特定的干细胞,从而可以转化为人体的任何细胞。在心脏衰竭患者中,它们会发育成心肌细胞、血管细胞以及心外膜(心脏周围的膜)。

这些心脏细胞群随后生长在特别的支架上,并将它们安排成类似于实在心脏的器官安排。辛哈说:“咱们信任,这些补丁将更有或许被自然地吸收到患者的心脏中,因为咱们正在发明具有完好功用的安排,经过将所有这些不同类型的细胞结合在一同,这些安排可以搏动和缩短。咱们知道,心外膜细胞在和谐心脏肌肉的正常发育方面尤为重要,因为研讨标明,在胚胎发育过程中,心外膜和发育中的心脏之间存在很多的彼此转化现象。”

辛哈现在正在预备实验这些心脏补丁,首先是在老鼠身上,然后是猪身上。假如全部按计划进行,5年后他或许预备进行第一次人体实验。

辛哈并非仅有进行心脏补丁开发的人。在美国,来自斯坦福大学、杜克大学和威斯康辛大学的科学家团队也在协作尽力构建心脏补丁。和辛哈相同,他们设想了一种未来程序,经过超声波和核磁共振成像扫描来确认心脏上的疤痕结构。依据伤痕的形状,他们会用3D打印出任何形状或尺度的定制心脏补丁。医师会翻开患者胸腔,将补丁直接缝入心脏,与现有的静脉和动脉相连。

图3:新工艺将包含将3D打印的贴片直接缝入心脏中

威斯康星大学再生生物学教授蒂姆·坎普(Tim Kamp)说:“关于心力衰竭严峻的患者来说,在整个心脏扩张过程中,需求在多个当地进行屡次修补以修正损害。它会改动形状,有时像橄榄球,有时候又像气球或篮球。”

这种办法的首要应战之一是怎么将新补丁与心脏进行电整合,以保证两者同步。任何有缺点的电衔接都会影响反常的心律。坎普说:“咱们可以用手术东西把补丁放在心脏上,但咱们不能逼迫它们结合。不过,咱们期望他们可以兼容。咱们预期电信号会像波涛那样穿过心肌,并告知它以与新补丁相同的速率缩短。”

假如这些应战能被战胜,辛哈信任他们不只可以解救生命,还能节约更多开支。在英国,心脏移植手术费用约为50万欧元(约合69万美元),包含住院医治费用。可是,关于那些无法承受移植手术的不计其数的心力衰竭患者来说,继续的医疗护理和重复住院的费用或许会更高。相比之下,现在估量心脏补丁医治的潜在本钱约7万欧元(约合9.6万美元)。

此外,因为这些心脏补丁是用患者自己的血液培养的,所以承受手术的患者不用阅历心脏移植的并发症,比方高剂量的免疫抑制药物。坎普说:“受伤的心脏处于高度发炎、充溢歹意的状况,这种环境对新器官安排来说很难生计。而这些心脏补丁的长处在于,它们是患者专属的,所以心脏不太或许排挤它们。”

研讨人员说,这项技能可以改动世界上数百万人的日子。辛哈表明:“心力衰竭或许会使人损失大部分才能。你总是感到疲惫不堪,乃至无法爬上一段楼梯。但这是有史以来第一次,咱们以为可以重建实在的心脏安排,它和患者的心脏安排彻底相同,细胞之间以奥秘而美妙的方法彼此攀谈。假如咱们能在接下来的几年里对它进行微调,保证它是彻底安全的,那么它就能协助这些人从头过上正常的日子。”

这个人很懒,什么也没留下...
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