作者:王方 来源:中国科学报 发布时间:2023/2/7 20:05:06
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突破性生物材料从内到外治愈组织

 

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一种新的生物材料可以通过静脉注射减少组织炎症,促进细胞和组织修复。该生物材料已在啮齿动物和大型动物中进行了测试,并被证明能有效治疗心脏病发作引起的组织损伤。研究还表明,它甚至对创伤性脑损伤和肺动脉高压患者有益。

“这是再生工程的一种新方法。”美国加州大学圣地亚哥分校生物工程学教授、该材料开发团队首席研究员Karen Christman说,“这种生物材料可以从内到外治疗受损组织。”

近日,研究人员在《自然-生物医学工程》上公布了这一发现。Christman补充说:“一项关于这种生物材料在人体实验中的安全性和有效性研究将在一两年内启动。”

据估计,美国每年有78.5万心脏病新发病例。心脏病发作后会形成疤痕组织,从而削弱肌肉功能并可能导致充血性心力衰竭。目前尚无确定的治疗方法修复由此造成的心脏组织损伤。

“冠状动脉疾病、急性心肌梗死和充血性心力衰竭仍然是当今社会最严重的公共卫生问题。”加州大学圣地亚哥分校心血管医学部医生Ryan Reeves说,“作为一名介入性心脏病专家,我希望有一种疗法改善患者预后、减轻衰弱症状。”

在之前的研究中,Christman领导的团队开发了一种由心肌组织的天然支架制成的水凝胶,名为细胞外基质。它可以通过导管注射到受损的心肌组织中,在心脏受损区域形成支架,促进新细胞生长和修复。

2019年,他们报告了一项成功的1期人类临床试验结果。但因为水凝胶需要直接注射到心肌,所以只能在心脏病发作后一周或更长时间内使用,过早使用则有造成损伤的风险。

该团队希望开发出一种可以在心脏病发作后立即实施的治疗方法。这意味着开发一种生物材料将其注入心脏血管,或经静脉注射。它可以与其他治疗方法(如血管成形术或支架)同时使用。

论文第一作者Martin Spang说:“我们试图设计一种生物材料疗法,可以将其输送到难以接近的器官和组织中。为此,我们提出一种利用为这些器官和组织供血的血管的方法。”

这种新型生物材料的一个优点是可以通过静脉注入或注射,进而均匀分布在受损组织中。相比之下,通过导管注射的水凝胶会停留在特定位置,不会扩散。

团队此前研发的水凝胶被证明与血液注射兼容,但水凝胶的颗粒尺寸太大,无法进入血管。为解决这个问题,Spang将水凝胶的液体前体放入离心机过滤更大的颗粒,只保留纳米尺寸的颗粒。

之后,研究人员将所得的材料进行透析和无菌过滤,再进行冷冻干燥。最后在所得粉末中加入无菌水,就可以产生一种生物材料,通过静脉注入或注射至心脏的冠状动脉。

研究人员随后在啮齿动物心脏病发作模型上测试了这种生物材料。它与血管内皮细胞结合,闭合血管间隙,加速血管愈合,从而减少炎症。他们在猪心脏病发作模型中也得到了类似结果。

该团队还在创伤性脑损伤和肺动脉高压大鼠模型中,用相同的生物材料靶向其他类型的炎症。

“虽然这项研究的大部分工作涉及心脏,但新生物材料治疗其他器官和组织的可能性将拓宽生物材料/组织工程领域,治疗新的疾病。”Christman表示。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41551-022-00964-5


 
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