面對心臟再生這一醫(yī)學(xué)難題，干細(xì)胞技術(shù)近年來被寄予厚望，但美國賓夕法尼亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院、佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院的研究人員最近開辟了一條新途徑。

研究人員在小鼠模型上證實，在小鼠心臟病發(fā)作后，通過向心肌注射凝膠，隨后凝膠緩慢釋放微小核糖核酸（microRNA），就可以重啟心肌細(xì)胞的增殖。日前，相關(guān)論文發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然-生物醫(yī)學(xué)工程》（Nature biomedical engineering）。

目前無法逆轉(zhuǎn)的一個事實是，在心臟病發(fā)病期間，患者失去流向心臟肌肉的血液，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。這塊受損的心肌死亡后形成一個瘢痕組織，這些瘢痕組織不能接收或傳遞必要的電信號，這會引發(fā)患者充血性心力衰竭并最終導(dǎo)致死亡。目前，全世界超過1200萬名患者受到這一問題的困擾。

在賓夕法尼亞大學(xué)最新的這項研究中，通訊作者之一Edward E. Morrisey的實驗室主要研究心肺發(fā)育和再生有關(guān)的信號通路，另一名通訊作者Jason A. Burdick的實驗室則負(fù)責(zé)設(shè)計用于藥物傳輸?shù)纳锵嗳菪圆牧稀?/p>

miRNA是細(xì)胞內(nèi)源的非編碼RNA，與靶基因結(jié)合后可調(diào)控基因表達(dá)。值得注意的是，基于miRNA療法的挑戰(zhàn)之一在于在正確的地方給到合適的劑量。如果miRNA直接注射將帶來一系列問題，其中之一就是藥物生命周期很短。

藥品生命周期短意味著病人如果在進行系統(tǒng)治療，他們將需要頻繁注射大劑量，以此確保足夠的miRNA能靶向心臟的的受損心肌處。

另外，因為這些miRNA可以促進細(xì)胞增殖，所以一旦脫靶作用于其他正常部位則會帶來產(chǎn)生腫瘤的風(fēng)險。

如何精確靶向及延長藥物作用時間，成為關(guān)鍵問題。

兩個實驗組通過合作找到讓miRNA傳輸?shù)叫募〖?xì)胞的最佳辦法，并讓藥物存留足夠時間保證作用發(fā)揮。Burdick表示，“我們想設(shè)計一種針對特定藥物和應(yīng)用的合適材料，而凝膠最重要的特點是剪切稀化和自愈。剪切稀化意味著在機械應(yīng)力的作用下凝膠狀態(tài)破壞，使其流動性更好能通過注射器或者導(dǎo)管。而自愈則表示一旦外界壓力消除，凝膠又會重新恢復(fù)，允許它在心肌靶向位置停留。”

“除此之外，我們設(shè)計的凝膠還需要具備負(fù)載miRNA的附著位點，當(dāng)凝膠分解時，miRNA能夠掙脫控制流到心肌細(xì)胞處。”Burdick補充道。在包載miRNA時，還需要注意防止其快速降解，讓它發(fā)揮有效作用的時間盡量延長，同時沒有侵入非靶向細(xì)胞的風(fēng)險。

為測試設(shè)計的凝膠，實驗團隊在三組小鼠模型身上進行試驗。

第一組是正常、健康的小鼠，在凝膠注射后的幾天時間里，它們的心臟組織顯示心肌細(xì)胞增殖的生物標(biāo)記增強。

第二組是“五彩紙屑小鼠”，這一名字源于正它們是基因工程的產(chǎn)物，具有獨特的心肌細(xì)胞，可以隨機表達(dá)四種不同的熒光蛋白中的一種。這些獨特的探針幫助研究人員觀察心肌細(xì)胞在miRNA治療下確實存在細(xì)胞分裂。

在該項實驗中，研究人員在誘導(dǎo)小鼠心臟病發(fā)作后對其注射負(fù)載miRNA凝膠，最后可觀察到，紅色、黃色或綠色的心肌細(xì)胞集群，同一種顏色中有2個都8個不等的細(xì)胞。

第三組小鼠則用于臨床相關(guān)結(jié)果的研究。這些小鼠顯示出恢復(fù)改善，包括更高的射血分?jǐn)?shù)、單次血液泵更多、心臟肥大程度減輕。值得一提的是，心臟病發(fā)作的常見后果之一就是隨著非收縮性瘢痕組織的出現(xiàn)，心臟變得肥大。

基于小鼠模型試驗結(jié)果較好，實驗團隊未來將進行人類心肌細(xì)胞的體外測試，以及在例如豬這樣的和人更接近的動物身上進行生理實驗。

Burdick認(rèn)為，“我們看到再生醫(yī)學(xué)途徑發(fā)生了改變，除了移植干細(xì)胞進行再生外還有另一種可能。在我們的研究中，并沒有采用本身具有很多挑戰(zhàn)的新細(xì)胞引入，而是僅僅開啟了細(xì)胞的修復(fù)機制。”