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组织工程在心肌梗死中的治疗作用及优化策略

陈龙;严文华

【摘要】组织工程对心肌梗死的治疗主要通过支架、补片和辅助注射途径.心脏组

织工程能够填补梗死区的破损缺口并防止心室扩张,还可为细胞、药物、蛋白质以

及核酸提供高效的运输载体.生物材料是心脏组织工程的基础,对其表面特性、组成

成分、作用形式、注入方式、靶向性等方面的优化有助于克服材料自身的局限性.

该文分析了组织工程在心肌梗死中的应用及优化策略.

【期刊名称】《国际心血管病杂志》

【年(卷),期】2018(045)006

【总页数】5页(P324-328)

【关键词】心肌梗死;组织工程;生物材料

【作者】陈龙;严文华

【作者单位】215000江苏省苏州市苏州大学医学部;215021江苏省苏州市苏州大

学附属儿童医院心内科

【正文语种】中文

心肌梗死是一条或多条冠状动脉分支阻塞引起的心肌细胞缺血坏死，梗死后的心肌

被瘢痕组织替代，最终导致心力衰竭。急性心肌梗死是全球死亡率最高的疾病之一。

药物治疗、经皮冠状动脉介入术(PCI)、冠状动脉旁路移植术提高了心肌梗死患者

的生存率，但不能在本质上逆转梗死心肌的损伤或改善心功能。心脏组织工程是利

用生长因子、干细胞、可注射生物材料修复受损心肌的一种新型治疗手段，主要通

过支架、补片和辅助注射取代梗死区的疤痕组织，为移植物创造良好的、类似于细

胞外基质的生物微环境，促进心功能恢复。随着科技进步，个体特异性心脏组织工

程得以实现[1]。目前，许多生物材料，如纤维蛋白、基质凝胶、壳聚糖水凝胶等，

已经成功应用于心脏组织工程并取得了良好疗效[2]。

1心脏组织工程的生物材料

心脏组织工程生物材料的制备结合了化学、物理、生物等多个学科的理论与方法，

除了作为细胞或分子的临时运载工具，它还能提供多种生物化学信号，促进功能性

仿生心肌组织与原位心肌形成统一的整体。常用的天然材料有壳聚糖、明胶、海藻

酸钠、丝素蛋白、透明质酸和纤维蛋白，合成材料有聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸-羟

基乙酸共聚物以及聚己内酯[3]，其他还有钙调素等基因工程产物以及普鲁兰、卡

拉胶等不常见的材料[4]。不同的生物材料各有其特点，如Fullerenol/Alginate水

凝胶能有效地清除超氧阴离子和羟自由基[5]。原材料的性质和制备方法决定了生

物材料的最终性能，如电导率，降解率，与细胞、药物及受体组织的相互作用等。

单一生物材料功能有限，多种材料协同应用可较好地兼顾各成分在结构与功能上的

优势性能。

心脏组织工程的目的是修复受损的梗死组织，故移植材料应在生物学和力学上满足

心脏结构与功能恢复的需要，如强度、毒性、免疫原性、生物相容性、免疫耐受性、

材料和细胞间的电传导性等。根据目前的研究现状，心脏组织工程的安全性大多能

够得到保障，如直径50nm的金纳米颗粒无细胞毒性和免疫原性，在改善心肌梗

死大鼠心功能的同时，不会引起明显的不良反应[6]。另外，脱细胞心脏组织比人

工合成材料更受青睐，这也是基于对安全性和非免疫原性的考虑[7]。

2心脏组织工程对心肌梗死的治疗作用

心脏组织工程能够填补梗死区的破损缺口并防止心室扩张，还可为细胞、药物、蛋

白质以及核酸提供高效的运输载体并避免体内不良环境的干扰。心脏组织工程的作

用主要包含以下几个方面：(1)支架。基于生物材料的自身性质和生物机制而开发

的具有生物活性的仿生支架可以对梗死区细胞内的特定信号刺激进行调控，实现支

持心脏新生组织生长的目的。如糖胺聚糖拟肽纳米纤维支架能够在不添加任何生物

衍生因子或干细胞的情况下，通过与内源性生长因子的相互作用，诱导心肌梗死后

血管新生[8]。(2)补片。心脏补片可用于修复梗死心肌缺损，或单纯增加梗死区室

壁厚度，限制左室重构。有研究表明，从具有生物活性的细胞外基质中提取的水凝

胶具有生物相容性和生物可降解性，既能填补梗死心肌的缺损，还可以通过增加室

壁厚度和LaPlace′定s律降低室壁张力[9]。Zhou等[10]在水凝胶中加入氧化石墨

烯，增强了细胞与补片间的电导性，促进了心脏的收缩与舒张功能。(3)运输载体。

干细胞疗法是当前研究的热点之一，其依赖细胞的增殖分化与旁分泌机制发挥作用。

然而，由于受体内外不良因素的影响，在注射过程中因机械压力而受损的干细胞数

量高达40%[11]，只有约3%的间充质干细胞(mesenchymalstemcells，MSC)

在24h后出现在梗死边缘区，1%的MSC能存活1周以上[12]。利用生物材料

包封干细胞