这种突破性的生物材料可以从内到外治愈组织

一种可以静脉内注射的新型生物材料，可减少组织炎症并促进细胞和组织修复。该生物材料经过测试并证明可有效治疗啮齿动物和大型动物模型中心脏病发作引起的组织损伤。研究人员还在啮齿动物模型中提供了概念证明，即生物材料可能对创伤性脑损伤和肺动脉高压患者有益。

“这种生物材料可以从内到外治疗受损组织，”加州大学圣地亚哥分校生物工程教授 Karen Christman 说，他是开发这种材料的团队的首席研究员。“这是再生工程的一种新方法。”

Christman 补充说，一项关于生物材料在人体中的安全性和有效性的研究可能会在一到两年内开始。该团队汇集了生物工程师和医生，他们在 12 月 29 日出版的《自然生物医学工程》杂志上介绍了他们的发现。

美国每年估计有 785,000 例新的心脏病发作病例，并且没有确定的治疗方法来修复由此造成的心脏组织损伤。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。

“冠状动脉疾病、急性心肌梗死和充血性心力衰竭仍然是影响当今社会的最沉重的公共卫生问题，”加州大学圣地亚哥分校心血管内科的医生 Ryan R. Reeves 博士说。“作为一名每天治疗冠状动脉疾病和充血性心力衰竭患者的介入心脏病专家，我很想有另一种疗法来改善患者的预后并减少衰弱症状。”

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，也称为细胞外基质 (ECM)，可以通过导管将其注射到受损的心肌组织中。凝胶在心脏受损区域形成支架，促进新细胞生长和修复。2019 年秋季报告了一项成功的 1 期人体临床试验的结果。但由于它需要直接注射到心肌中，因此只能在心脏病发作后一周或更长时间内使用——过早使用针头可能会造成损伤基于注射程序。

该团队希望开发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，可以与其他治疗方法(如血管成形术或支架)同时注入心脏血管，或静脉注射。

“我们试图设计一种可以输送到难以接触的器官和组织的生物材料疗法，我们想出了利用血流的方法——已经为这些器官和组织供血的血管，”说该论文的第一作者 Martin Spang 获得了博士学位。在 Shu Chien-Gene Lay 生物工程系的 Christman 小组中。

这种新型生物材料的优点之一是它可以均匀分布在整个受损组织中，因为它是通过静脉输注或注射的。相比之下，通过导管注射的水凝胶保留在特定位置并且不会散开。

生物材料是如何制成的

Christman 实验室的研究人员从他们开发的水凝胶开始，作为安全试验的一部分，该水凝胶被证明与血液注射相容。但是水凝胶中的粒径太大，无法针对渗漏的血管。Spang，然后是博士学位。Christman 实验室的学生解决了这个问题，方法是将水凝胶的液体前体通过离心机，这样可以筛出更大的颗粒，只保留纳米尺寸的颗粒。在冷冻干燥之前，将所得材料进行透析和无菌过滤。将无菌水添加到最终粉末中会产生一种生物材料，这种材料可以通过静脉注射或输注到心脏的冠状动脉中。

怎么运行的

然后，研究人员在心脏病发作的啮齿动物模型上测试了这种生物材料。他们预计材料会通过血管进入组织，因为心脏病发作后血管内皮细胞之间会形成间隙。

但是发生了其他事情。生物材料与这些细胞结合，缩小间隙并加速血管愈合，从而减少炎症。研究人员还在心脏病发作的猪模型中测试了这种生物材料，结果相似。

该团队还成功地验证了相同的生物材料可以帮助针对创伤性脑损伤和肺动脉高压大鼠模型中其他类型炎症的假设。Christman 的实验室将针对这些情况进行几项临床前研究。

下一步

“虽然这项研究的大部分工作涉及心脏，但治疗其他难以接近的器官和组织的可能性可以开辟生物材料/组织工程领域以治疗新疾病，”Spang 说。

与此同时，Christman 和她共同创立的一家初创公司 Ventrix Bio, Inc. 正计划申请 FDA 的授权，对这种新型生物材料在心脏病方面的应用进行人体研究。这意味着人体临床试验将在一两年内开始。

“我们治疗严重冠状动脉疾病和心肌梗塞的一个主要原因是防止左心室功能障碍和进展为充血性心力衰竭，”里夫斯博士说。“这种易于管理的疗法有可能在我们的治疗方法中发挥重要作用。”