探索心脏病发作后治愈损伤的新方法

对于心脏病发作的人来说，事件发生后的几天对于他们的长寿和心脏组织的长期治愈至关重要。现在，西北大学和加利福尼亚大学圣地亚哥分校(加州大学圣地亚哥分校)的研究人员设计了一种微创平台，可以提供一种纳米材料，将身体的炎症反应转化为治愈信号，而不是心脏病发作后瘢痕形成的手段。

用于替换或补充心脏病发作后降解的细胞外基质的组织工程策略并不新鲜，但是大多数有希望的水凝胶不能通过微创导管递送递送到心脏，因为它们会堵塞管。西北加州大学圣地亚哥分校的团队展示了一种通过无创导管输送生物活化，可生物降解，再生物质而不会堵塞的新方法。

这项研究是在大鼠模型体内进行的，最近发表在Nature Communications杂志上。西北大学的Nathan C. Gianneschi和加州大学圣地亚哥分校的Karen Christman是联合首席研究员。

“这项研究的核心是建立一个动态平台，美丽的是现在可以修改这个输送系统，使用不同的化学或治疗方法，”Gianneschi说。

Gianneschi是Weinberg艺术与科学学院化学系的Jacob和Rosaline Cohn教授，以及McCormick工程学院的材料科学与工程系和生物医学工程系。

当一个人心脏病发作时，细胞外基质被剥离，疤痕组织形成其位置，降低了心脏的功能。正因为如此，大多数心脏病发作的幸存者都患有某种程度的心脏病，这是美国的主要死亡原因。

“我们试图创造一种基于肽的方法，因为这些化合物形成的纳米纤维看起来和机械作用与天然细胞外基质非常相似。这些化合物也是可生物降解的和生物相容的，”第一作者Andrea Carlini说。她现在是西北大学材料科学与工程系John Rogers实验室的博士后研究员。

“大多数临床前策略都依赖直接注射到心脏，但由于这对人类来说不是一个可行的选择，我们寻求开发一种可以通过冠状动脉内或经心内导管进行治疗的平台，”Carlini说，他是一名研究生。研究进行时，Gianneschi的实验室。肽是短链氨基酸，有助于愈合。该团队的方法依赖于导管在心肌梗塞或心脏病发作后向心脏输送自组装肽 - 并最终治疗。

“我们创造的是一种靶向和响应型材料，”西北大学国际纳米技术研究所副主任，辛普森奎瑞研究所成员吉安尼斯基说。

“我们注射了一种自组装肽溶液，寻找目标 - 心脏受损的细胞外基质 - 然后溶液被炎症环境本身和凝胶激活，”他说。“关键是让材料创造一个自组装框架，模仿将细胞和组织固定在一起的天然支架。”

该团队的临床前研究是在大鼠中进行的，并分为两个概念验证测试。第一项测试证实，材料可以通过导管喂入而不会堵塞并且不会与人体血液相互作用。第二个决定了自组装肽是否能够绕过受损组织，绕过健康的心脏组织。研究人员在自组装肽上创建并附加荧光标签，然后对心脏进行成像，以查看肽最终定位的位置。

“在先前使用响应性纳米粒子的工作中，我们在心脏病发作区域产生了斑点荧光，但在这种情况下，我们能够在整个组织中看到大型连续水凝胶组件，”Carlini说。

研究人员现在知道，当他们移除荧光标签并用治疗剂替换它时，自组装肽将定位到心脏的受影响区域。一个障碍是啮齿动物模型中的导管输送要复杂得多 - 因为动物的体积要小得多 - 而不是人类的相同程序。这是加州大学圣地亚哥分校的Christman实验室深入了解的一个领域。

Gianneschi说，如果研究团队可以证明他们的方法是有效的，那么在进行临床试验方面存在“相当明确的途径”。然而，这个过程需要几年时间。

“我们在2012年开始研究这种化学反应，并且需要付出巨大的努力来生产模块化和合成简单的平台，该平台能够可靠地凝胶以响应炎症环境，”Carlini说。“当我们开发出空间受限的环肽时发生了重大突破，这些环肽在分娩过程中自由流动，然后当它们与疾病相关的酶接触时迅速组装成水凝胶。”

通过在类似弹簧的开关中进行编程，Carlini能够展开这些天然圆形化合物，从而形成具有更大表面积和更大粘性的扁平物质。该过程为肽更好地自组装或堆叠在彼此顶部并形成与天然细胞外基质非常相似的支架创造了条件。

Gianneschi的实验室证明了该平台在特定疾病相关酶存在下的活化能力，还在外周动脉疾病和转移性癌症中验证了类似的方法，每种方法都产生类似的化学和生物炎症反应。