生物材料可以静脉注射 在心脏病发作创伤性脑损伤方面有潜在的应用

一种新的生物材料，可以静脉注射，减少组织中的炎症，促进细胞和组织修复。该生物材料经过测试，并证明可有效治疗啮齿动物和大型动物模型中心脏病发作引起的组织损伤。研究人员还在啮齿动物模型中提供了概念证明，即生物材料可能对创伤性脑损伤和肺动脉高压患者有益。

“这种生物材料允许从内到外治疗受损组织，”加州大学圣地亚哥分校生物工程教授，开发该材料的团队的首席研究员Karen Christman说。“这是一种再生工程的新方法。

Christman补充说，一项关于生物材料在人类受试者中的安全性和有效性的研究可能会在一到两年内开始。该团队汇集了生物工程师和医生，在29月<>日的《自然生物医学工程》杂志上介绍了他们的发现。

据估计，美国每年有785，000例新的心脏病发作病例，并且没有确定的治疗方法来修复由此产生的心脏组织损伤。心脏病发作后，疤痕组织发育，这会降低肌肉功能并可能导致充血性心力衰竭。

“冠状动脉疾病，急性心肌梗塞和充血性心力衰竭仍然是影响我们当今社会的最沉重的公共卫生问题，”加州大学圣地亚哥分校心血管医学部的医生Ryan R. Reeves博士说。“作为一名每天治疗冠状动脉疾病和充血性心力衰竭患者的介入心脏病专家，我希望有另一种疗法来改善患者的预后并减少衰弱症状。

在之前的研究中，由Christman领导的研究小组开发了一种由心肌组织的天然支架制成的水凝胶，也称为细胞外基质(ECM)，可以通过导管注射到受损的心肌组织中。凝胶在心脏受损区域形成支架，促进新细胞生长和修复。1 年秋季报告了一项成功的 2019 期人体临床试验的结果。但由于它需要直接注射到心肌中，因此只能在心脏病发作后一周或更长时间内使用——由于针头注射程序，越早越有可能造成损害。

该团队希望开发一种可以在心脏病发作后立即使用的治疗方法。这意味着开发一种生物材料，可以与其他治疗(如血管成形术或支架)同时注入心脏血管，或静脉注射。

“我们试图设计一种生物材料疗法，可以输送到难以进入的器官和组织，我们想出了利用血液的方法 - 已经向这些器官和组织供应血液的血管，”该论文的第一作者Martin Spang说，他在Shu Chien-Gene Lay生物工程系的Christman小组获得了博士学位。

这种新型生物材料的一个优点是它均匀分布在整个受损组织中，因为它是静脉注射或注射的。相比之下，通过导管注射的水凝胶保留在特定位置并且不会扩散。

生物材料是如何制造的

Christman实验室的研究人员从他们开发的水凝胶开始，作为安全试验的一部分，该水凝胶被证明与血液注射兼容。但是水凝胶中的颗粒太大，无法针对渗漏的血管。Spang当时是Christman实验室的博士生，通过将水凝胶的液体前体通过离心机解决了这个问题，离心机可以筛选出更大的颗粒并仅保留纳米尺寸的颗粒。

所得材料在冷冻干燥之前经过透析和无菌过滤。在最终粉末中加入无菌水会产生一种生物材料，可以静脉注射或注入心脏的冠状动脉。

工作原理

研究人员随后在心脏病发作的啮齿动物模型上测试了这种生物材料。他们预计这种物质会穿过血管并进入组织，因为心脏病发作后血管中的内皮细胞之间会形成间隙。

但发生了其他事情。生物材料与这些细胞结合，缩小间隙并加速血管愈合，从而减少炎症。研究人员也在心脏病发作的猪模型中测试了这种生物材料，结果相似。

研究小组还成功地测试了相同的生物材料可以帮助靶向创伤性脑损伤和肺动脉高压大鼠模型中其他类型的炎症的假设。Christman的实验室将针对这些情况进行几项临床前研究。

后续步骤

“虽然这项研究中的大部分工作都涉及心脏，但治疗其他难以进入的器官和组织的可能性可以为治疗新疾病开辟生物材料/组织工程领域，”Spang说。

与此同时，Christman和她共同创立的初创公司Ventrix Bio，Inc.正计划要求FDA授权对新生物材料在心脏病中的应用进行人体研究。这意味着人体临床试验在一两年内开始。

“我们治疗严重冠状动脉疾病和心肌梗塞的一个主要原因是防止左心室功能障碍和进展为充血性心力衰竭，”里夫斯博士说。“这种易于管理的疗法有可能在我们的治疗方法中发挥重要作用。

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