麻省理工学院工程师开发出一种柔性药物递送贴片，可在心肌梗塞后放置于心脏表面，帮助促进心肌组织的愈合与再生。
这种新型贴片设计用于携带多种不同药物，并能按照预设程序在不同时间释放。在一项大鼠研究中，研究人员表明这种治疗方法可将受损心肌组织减少50%，并显著改善心脏功能。
研究人员表示，如果获准用于人类，此类贴片可以帮助心脏病患者恢复比目前可能更多的心脏功能。
"当某人遭受严重心肌梗塞时，受损的心肌组织无法有效再生，导致心脏功能永久性丧失。受损的组织无法自行恢复。我们的目标是恢复这种功能，帮助人们在心肌梗塞后重获更强健、更有弹性的心脏。"
安娜·雅克伦内克（Ana Jaklenec），麻省理工学院科赫综合癌症研究所首席研究员
雅克伦内克和麻省理工学院科赫研究所的大卫·H·科赫研究所教授、科赫研究所成员罗伯特·兰格（Robert Langer）是这项新研究的资深作者，该研究今天发表在《Cell Biomaterials》期刊上。前麻省理工学院博士后埃里卡·王（Erika Wang）是该论文的主要作者。
程序化药物递送
心肌梗塞后，许多患者最终需要接受搭桥手术，这可以改善心脏血流，但不能修复受损的心肌组织。在这项新研究中，麻省理工学院团队希望创建一种贴片，可以在手术进行的同时应用于心脏。
他们希望这种贴片能够长时间递送药物，以促进组织愈合。许多疾病，包括心脏疾病，都需要分阶段治疗，但大多数系统会一次性释放所有药物。定时释放能更好地将治疗与恢复同步。
雅克伦内克表示："我们想看看是否有可能在心脏外科医生进行开胸手术的同时，在损伤部位提供精确协调的治疗干预，以帮助心脏愈合。"
为实现这一目标，研究人员着手调整他们先前开发的药物递送微粒，这些微粒由类似带盖小咖啡杯的胶囊组成。这些胶囊由一种称为PLGA（聚乳酸-羟基乙酸共聚物）的聚合物制成，可以将药物密封在内部。
通过改变形成盖子所用聚合物的分子量，研究人员可以控制其降解速度，从而能够编程控制微粒在特定时间释放其内容物。在此应用中，研究人员设计了在植入后第1-3天、第7-9天和第12-14天分解的微粒。
这使得他们能够设计出三种以不同方式促进心脏愈合的药物方案。第一组微粒释放神经调节蛋白-1（neuregulin-1），这是一种有助于防止细胞死亡的生长因子。在下一个时间点，微粒释放血管内皮生长因子（VEGF），这是一种促进心脏周围血管形成的生长因子。最后一组微粒释放一种名为GW788388的小分子药物，可抑制心肌梗塞后可能形成的瘢痕组织。
雅克伦内克表示："当组织再生时，它遵循一系列精心安排的步骤。王博士创建了一个系统，能以人体自然愈合过程中使用的顺序，在恰当时机递送关键成分。"
研究人员将这些微粒排成行，嵌入到类似隐形眼镜的坚韧而柔韧的水凝胶薄片中。这种水凝胶由海藻酸钠和PEGDA制成，这两种生物相容性聚合物最终会在体内分解。在此研究中，研究人员创建了仅几毫米宽的紧凑微型贴片。
王表示："我们将这些微粒阵列封装在水凝胶贴片中，然后可以将这种贴片外科植入心脏。通过这种方式，我们实际上是将治疗'编程'到这种材料中。"
改善心脏功能
创建出这些贴片后，研究人员在包含由诱导多能干细胞（iPSC）生成的心肌细胞的心脏组织球体上进行了测试。这些球体还包含内皮细胞和人类心室心肌成纤维细胞，这些也是心脏的重要组成部分。
研究人员将这些球体暴露在低氧条件下，模拟心肌梗塞的影响，然后将贴片覆盖在它们上面。他们发现，这些贴片促进了血管生长，帮助更多细胞存活，并减少了纤维化的发生。
在心肌梗塞大鼠模型的测试中，研究人员也观察到使用贴片治疗后有显著改善。与不治疗或静脉注射相同药物相比，使用贴片治疗的动物显示出33%更高的存活率，受损组织减少了50%，心脏输出量显著增加。
研究人员表明，这些贴片最终会随时间溶解，在一年内变成非常薄的一层，不会干扰心脏的机械功能。
兰格表示："这是一种将药物递送与生物材料结合的重要方式，可能为患者提供潜在的新型治疗方法。"
在本研究测试的药物中，神经调节蛋白-1和VEGF已在临床试验中用于治疗心脏疾病，但GW788388仅在动物模型中进行过探索。研究人员现在希望在更多动物模型中测试他们的贴片，以期未来进行临床试验。
当前版本的贴片需要通过外科手术植入，但研究人员正在探索将这些微粒整合到支架中的可能性，这些支架可以插入动脉，按预设时间表递送药物。
该论文的其他作者包括Elizabeth Calle、尹彬彬（Binbin Ying）、Behnaz Eshaghi、张林子璇（Linzixuan Zhang）、杨欣（Xin Yang）、Stacey Qiaohui Lin、Jooli Han、Alanna Backx、黄玉婷（Yuting Huang）、Sevinj Mursalova、Chuhan Joyce Qi和刘毅（Yi Liu）。
该研究得到了加拿大自然科学与工程研究理事会和美国国家心肺血液研究所的支持。
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