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注射用凝胶有望使心肌再生

来源:    时间:2017年11月30日    点击数:    5星

在包括人类在内的哺乳动物中,使心肌收缩并使其有节奏地舒张与收缩的细胞在受损后不能再生。心脏病发作后,这些心肌细胞会急剧损失,幸存的心肌细胞无法有效复制。由于这些被称为心肌细胞的收缩细胞数量较少,每次搏动时心脏泵血量减少,导致与心脏病相关的死亡率增加。

现在,美国宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院和佩雷尔曼医学院的研究人员已经使用小鼠模型证明一种在现有心肌细胞中重新开始复制的新方法:一种注射用凝胶,可以将称为微小RNAs的短基因序列缓慢地释放到心肌中。

虽然心肌细胞不能再生的原因尚未完全清楚,但是研究人员使用微小RNAs靶向与细胞增殖有关的信号通路,并能够抑制一些固有的使心肌细胞不复制的“停止”信号。这导致心肌细胞重新激活其增殖潜力。

随着更多的心肌细胞分裂和再生,心脏病发作后使用该凝胶治疗的小鼠显示出在关键临床相关类别中改善的恢复。

相关报告发表在《Nature Biomedical Engineering》。

既往已经研究了基于微小RNA的疗法,但是将正确的剂量递送到正确的位置一直是一个挑战。研究领导者、宾夕法尼亚大学医院再生医学研究所科学主任Edward Morrisey表示,生物药物反应非常快。我们使用的微小RNA最后不到8个小时就在血液中,所以具有很高的局部浓度,具有很强的优势。

它们的短寿命意味着,如果系统地治疗患者,需要频繁大剂量的注射以确保足够量的微小RNA到达患者心脏中的目标位置。而且由于这些微小RNA被设计用于促进细胞增殖,所以会有产生肿瘤、脱靶效应的风险。

Morissey实验室研究设计心脏和肺部发育和再生的信号传导途径,而宾夕法尼亚大学工程学院生物工程学教授Jason Burdick的实验室在设计用于药物递送的生物相容性材料方面具有经验。两个研究小组合作寻找获得微小RNAs到达心肌细胞的最佳方法,并让它们持续足够长的时间以便发挥疗效。

Burdick表示,我们希望为特定的药物和应用设计合适的材料。这种凝胶最重要的特性是剪切稀释和自我修复。剪切稀释意味着它具有可以在机械应力下破裂的粘合剂,使其变得更加流畅,并允许它通过注射器或导管流动。自我修复意味着当这种压力消除后,凝胶的结合就会重新形成,使其在心肌内停留。

Burdick实验室的研究生Leo Wang表示,凝胶还需具有在适当位置保持微小RNA的附着位点。当凝胶分解时,失去对微小RNA的支配,微小RNA可脱离凝胶并进入心肌细胞。

在封装的同时,微小RNA也被保护免于降解,最大限度地延长它们能够有效的时间,而没有侵入脱靶细胞的风险。

为了检测他们的凝胶,研究人员使用了三种类型的小鼠模型。第一组是正常、健康的小鼠。注射凝胶后的几天内,它们的心肌组织显示心肌细胞增殖的生物标志物增加。第二组是“五彩纸屑小鼠(Confetti mice)”。所谓的“五彩纸屑小鼠”,因为它们是基因工程的,使得它们具有随机表达四种不同荧光蛋白中的一种的单个心肌细胞。这些荧光标记使研究人员可以看到,单个心肌细胞确实是在响应微小RNA凝胶处理而分裂的。研究人员在诱发小鼠心脏病发作并引入微小RNA凝胶之后,可以看到单个红色、黄色或绿色的心肌细胞已经变成了簇,范围为2~8个相同颜色的细胞。第三组是诱发心脏病发作的小鼠,从而可以研究治疗的临床相关结果。与对照相比,这些小鼠表现出恢复改善,包括更高的射血分数和心脏尺寸增加更小。扩大的心脏是心脏病发作的常见后果,其扩张区域由非收缩性瘢痕组织组成。

在小鼠中取得了令人鼓舞的结果,研究人员下一步工作将涉及体外人类心肌细胞的测试,并在更多类似人类的心脏(如猪)的动物中进行生理学实验。

研究人员认为,这种微小RNA凝胶方法不仅仅是一种潜在的延长寿命的治疗手段,它也代表了精确再生医学的一个新的、更直接的途径。

英文链接:https://medicalxpress.com/news/2017-11-gel-heart-muscle-regenerate.html


(环球医学编辑:常 路 )


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