北卡州立大学北卡大学教堂山分校程柯教授课题组医工交叉助力心脏病治疗的新时代

心肌梗死是冠心病中最常见的死亡原因之一。心肌梗死的病理生理基础是心肌血液供应不足，导致细胞凋亡和恶性心室重塑，最终发展为心力衰竭而死亡。近几十年来，科学家们在心肌梗死后损伤修复研究上投入了大量的资源，尽管目前各种心脏再生策略已取得一定成果，但仍存在一些问题，目前尚不具备临床应用的条件。医工交叉以临床需求为导向，将生物、材料、纳米等学科的研究方法、技术结合应用于医学问题的解决。在心脏治疗中，结合生物材料、仿生材料、纳米医学等开发新方法，有望解决细胞移植后损伤、定植等问题，实现长期有效的靶向治疗，对心肌梗死后再生修复有重要意义。

来自北卡州立大学、北卡大学教堂山分校的程柯教授课题组致力于医工交叉融合，通过研发结合生物材料和纳米医学等新型治疗策略修复损伤心脏 。近日该课题组在Advanced Healthcare Materials发表了专题综述文章，归纳总结不同类型医工结合新型治疗策略的设计理念和应用，对比分析其优越性和改进方式，为今后的心脏治疗研究提供丰富的理论基础。

该文主要从三大方面进行阐述：

1. 首先讨论了旁分泌机制在新一代细胞疗法再生作用中扮演重要角色

2. 细胞疗法进一步发展面临严峻挑战

3. 生物材料、纳米技术与生物医学的结合有望开启心脏病治疗的新纪元

旁分泌机制是指细胞通过分泌释放大量生长因子、趋化因子、外泌体等生物活性物质作用于损伤心肌。这些因子可以通过促进心肌保护、血管新生、调节局部炎症反应、促进细胞外基质重塑等实现修复作用。旁分泌机制在心脏再生中的作用已经被研究了几十年，但是具体到每个多功能分子的作用机制研究仍然是一个挑战。主要因为其涉及的多功能分子及其相互作用的信号通路范围太大。此外，分子信号通路在时间和空间表达模式上的多样性增加分析的复杂性。当然，具体机制的进一步探索无碍于旁分泌治疗作用的发挥。目前心脏的细胞疗法在临床治疗中的安全性已得到广泛证明，但是其应用性和有效性发挥仍有颇多限制。移植后的细胞的自我分化和复制虽然起到治疗作用，但是增加了高致瘤性的风险。移植到心脏的大量细胞则可能诱发心律失常，异体细胞移植可导致免疫排斥反应。细胞的提取、培养、储存和运输是复杂、昂贵和耗时的，很难满足批量生产高质量的药品规范化要求。此外，通过循环系统运输的细胞缺乏靶向性、心肌注射细胞则创伤性较大，长期的治疗效果由于移植细胞的低保留/移植率与生存率而难以保证。

结合生物材料、仿生材料、纳米医学等新方法，有望从多角度、多层次解决上述细胞移植面临的问题，实现长期有效的靶向精准治疗，助力心脏损伤后再生修复。该文中展现了新型细胞治疗衍生物，包括人工细胞、外泌体、心脏补丁等。 这些新型细胞治疗衍生物克服细胞治疗的多重限制，以不同的作用方式实现心肌梗死后心肌修复。在精准递送方面，本文概括了多种不同的靶向损伤心脏的方式，包括多肽介导、磁力介导、抗体介导、以及血小板介导的受损心肌靶向技术 。这些靶向方式，通过不同的作用机理，实现治疗物质精准递送到损伤心脏，发挥修复作用。医工交叉推动了新型细胞治疗衍生物和靶向治疗新策略的出现，打破单纯细胞旁分泌修复的局限性，将心脏治疗推向了一个全新的高度，但仍有许多不足之处需要进一步改进。文章中也对这些新型策略的改进方式提出建议。包括建立该领域公认的评价心脏靶向效率的标准，如何优化合成细胞所包裹的蛋白组成、达到产业化生产标准，如何增强制备的纳米颗粒的均一性，如何减少侵入式手术程序等。更进一步，如何将这些新型治疗策略通过进一步优化转化为临床治疗产品，任重道远。

该综述发表在Advanced Healthcare Materials上。本文的第一作者为美国北卡州立大学比较生物医学专业博士生黄珂 。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adhm.201801011

来源：Materialsviews

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