利用组织工程恢复心脏功能丨Engineering

心脏手术的目的是使受伤的心脏恢复全部功能。对于许多先天性心脏缺陷，适当的修复能够建立几乎正常的心脏功能。这种修复的一个例子是闭合幼儿心脏腔室之间的异常孔，这通常会恢复其正常功能，并持续一生。然而，缺血性心脏病外科手术的出现给心脏外科医生带来了新的挑战。患有弥漫性动脉粥样硬化（动脉硬化）的老年患者经常出现向心肌供血的动脉阻塞，导致心脏病发作（心肌梗死）。收缩性心肌细胞的损失会降低心脏的功能能力。这种初始损伤经常因心脏的进行性变化而复杂化，导致受损区域变薄和心腔扩张，最终导致心力衰竭的进展，心力衰竭是全世界因心血管疾病而死亡和残疾的最常见原因。心脏外科医生经常进行冠状动脉搭桥手术，以在严重的冠状动脉狭窄或闭塞后提供新的血流，从而缓解胸痛（心绞痛），但不一定能恢复心脏功能。因此，寻找有效的治疗方法来预防或纠正心脏病发作（缺血性心肌病）患者的心力衰竭已成为心脏外科医生的崇高追求。

心脏组织工程采用工程概念来改变受伤心脏的反应，以恢复心脏功能。尽管并非所有研究人员都接受心脏组织工程的这一定义，但它包含了修复技术的本质。《胸心血管外科杂志》的一篇社论中定义了心脏组织工程：

组织工程学正式成立至今已近30年，该学科旨在提供“工程和生命科学原理和方法的应用，以从根本上了解正常和病理哺乳动物组织中的结构-功能关系以及开发生物替代品恢复、维持或改善组织功能”。

修复方法通常采用可生物降解的生物材料，目的是改善梗死疤痕和由此产生的心脏组织的愈合。与功能恢复相关的机制包括刺激新血管生成、基质重塑和募集内源性干细胞以改善组织愈合和恢复功能。心脏组织工程经常采用细胞移植，插入生物材料，和（或）应用细胞因子或细胞产物。心脏功能的恢复不仅取决于可收缩成分的数量，还取决于心室容积的改变和受损心脏壁的弹性特征。

心脏外科医生和心脏研究人员已经开发出多种治疗缺血性心肌病的组织工程方法。这些临床前研究旨在评估新的潜在疗法，然后在随机临床试验中探索其临床效益。

在本研究，加拿大多伦多大学Richard D. Weisel报道了组织工程在心脏领域取得的研究进展和应用实践。研究列举了一系列受损心脏的外科心脏组织工程案例，包括替代功能丧失的心肌细胞、细胞移植预防心力衰竭、组织工程恢复心室功能、外科心脏修复和再生等（图1），并探讨了心脏组织工程未来的发展方向。

图1. 间充质前体细胞试验中使用的两种左心室辅助装置，用于充分改善心室功能，以脱离辅助装置。（a）研究装置——离心流装置（HeartWare，美国Medtronic制造）；（b）控制装置——轴流式装置（HeartMate II，美国Abbott制造）。

研究结果表明，组织工程是利用支架和生物元件来改变愈合过程。了解工程概念和生物过程，可以将工程与生物学结合起来恢复正常的心脏功能。将工程专业知识与对生理学的医学理解相结合，为患者提供了最佳选择。

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原文链接：http://www.engineering.org.cn/ch/10.1016/j.eng.2021.06.013

以上内容来自：Richard D. Weisel. Tissue Engineering to Restore Cardiac Function [J]. Engineering, 2022, 13(6): 13-17.