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干細(xì)胞 + 海藻酸鹽-殼聚糖（ACM）水凝膠 心肌梗塞（Myocardial Infarction）是當(dāng)下全球人口中最大的死因之一，表現(xiàn)為急性或持續(xù)性缺血,、缺氧所引起的心肌壞死,，而心肌本身又缺乏再生能力以進(jìn)行修復(fù)。目前,，臨床上尚無手段以彌補(bǔ)心肌梗塞造成的心肌細(xì)胞數(shù)量減少,。不過，已有一些試驗性思路正在探索中,，但是卻因為種種挑戰(zhàn)仍與實際醫(yī)學(xué)應(yīng)用有著相當(dāng)?shù)木嚯x,。 將干細(xì)胞懸液施于梗塞部位以使其分化為心肌細(xì)胞是一種看似最為直觀的方法。然而,，這些游離的單個細(xì)胞很難留存于梗塞部位,，絕大多數(shù)在幾天內(nèi)便會“逃逸”進(jìn)入血液循環(huán)。若將干細(xì)胞包裹在水凝膠的多孔小型組織支架中再植入梗塞部位,，雖然留存情況會改善,，但由于支架中氧氣擴(kuò)散的速率往往難以滿足干細(xì)胞的需要，后者在這些支架中會大量死亡,。此外,，剛剛發(fā)生心肌梗塞的部位往往會聚集相當(dāng)數(shù)量的巨噬細(xì)胞及其分泌的細(xì)胞因子。這不僅會直接傷害到植入的干細(xì)胞,，還會因后者的加入還被進(jìn)一步激發(fā),，從而十分不利于干細(xì)胞的存活。 在這一過程中,，分化的時機(jī)需精確掌控,。如果將較成熟心肌細(xì)胞植入，這些細(xì)胞會因已形成固有的且與受體心肌細(xì)胞不一致的電生理特性,，而造成心肌功能異常,；只有讓干細(xì)胞成為處于早期分化階段的心肌細(xì)胞，再進(jìn)行植入,，才能既減少癌變風(fēng)險,，又使其被周圍的受體心肌細(xì)胞調(diào)試，發(fā)展出與其一致的電生理特性,。 這么一說,，心肌梗塞的干細(xì)胞療法真是說起來容易，做起來難,。然而即便這樣,，最近，美國俄亥俄州立大學(xué)的劉振國,、何曉明和Noah Weisleder教授的研究團(tuán)隊仍然摸索出了一套有效的干細(xì)胞療法,，在心肌梗塞小鼠模型中取得了顯著的效果,。他們的成果發(fā)表在Nature子刊《Nature Communications》上。 該方法模仿了早期胚胎發(fā)育的過程,。研究人員先將20多個小鼠胚胎干細(xì)胞植入一個由半通透性的海藻酸鹽水凝膠外殼包裹的微囊內(nèi),，這里的外殼類似于早期胚胎的透明帶。上述干細(xì)胞會首先分裂,，形成由1000多個干細(xì)胞組成的聚集體,，進(jìn)入到了類似于桑椹胚的階段。之后,，研究人員通過引入BMP-4和bFGF等轉(zhuǎn)錄因子，用3天的時間將微囊中的干細(xì)胞團(tuán)初步誘導(dǎo)為處于早期分化階段的心肌細(xì)胞,，再以檸檬酸鈉將微囊的外殼溶解,，將上述初步分化的細(xì)胞團(tuán)釋放出來。這些細(xì)胞團(tuán)后者又會通過先后浸泡于殼聚糖和氧化海藻酸鹽的溶液中,，被包裹進(jìn)入海藻酸鹽-殼聚糖（ACM）微型基質(zhì)中,，形成另一種微囊，以備心肌植入,。值得指出的是,，盡管反復(fù)經(jīng)歷了這樣的包裹和再包裹的過程，上述細(xì)胞團(tuán)依然保持著高度的生活力,。 處分化心肌細(xì)胞團(tuán)制作步驟（右）與胚胎發(fā)育過程（右）對照（圖片來源：Nature Communications） 接著,，研究人員通過左前降支動脈的永久性結(jié)扎，造成野生型或具有巨噬細(xì)胞功能缺陷的Card9基因敲除小鼠發(fā)生心肌梗塞,，并在僅5分鐘后,，將這些包裹有初步分化心肌細(xì)胞的ACM微囊植入小鼠的心肌梗塞部位，其中的ACM基質(zhì)會在3天內(nèi)自行降解,。結(jié)果顯示,，小鼠的心肌功能在這之后出現(xiàn)了顯著改善，反映在射血分?jǐn)?shù),、心輸出量,、每搏輸出量等指標(biāo)上，且發(fā)生纖維化的比例下降,。不僅如此,，這些植入的初分化細(xì)胞在心肌中存活了下來，經(jīng)過繼續(xù)分裂和分化,，已于周圍的受體心肌細(xì)胞融為了一體,。 小鼠心肌梗塞手術(shù)和療法操作示意 相比之下，野生型的心肌梗塞小鼠在接受無包裹初分化細(xì)胞團(tuán)或者干細(xì)胞懸浮液植入后,，不僅心肌功能恢復(fù)效果下降了許多,，而且一半以上均在梗塞部位形成了大型的肉芽腫,，后者由巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞等組成，顯示出現(xiàn)了強(qiáng)烈的免疫反應(yīng),。這不僅導(dǎo)致被植入的細(xì)胞很可能已被大部分殺滅,，且造成了相當(dāng)比例的小鼠死亡。如果是Card9基因敲除小鼠,，上述操作產(chǎn)生大型肉芽腫的幾率則會有所下降,，說明巨噬細(xì)胞在針對植入細(xì)胞的免疫反應(yīng)中發(fā)揮了一定的作用。 這一由胚胎發(fā)育過程啟發(fā)而設(shè)計出的心肌梗塞干細(xì)胞療法不僅顯著恢復(fù)了小鼠模型的心肌功能,，還有效地避免了受體免疫反應(yīng)和癌變等風(fēng)險,。其中，ACM基質(zhì)的重要性是顯而易見的,。它不僅提高了植入細(xì)胞的留存度和存活率,，而且創(chuàng)造了一個局部性的保護(hù)性微環(huán)境，使其免受免疫攻擊,，并在“安全護(hù)送”萬植入細(xì)胞后可自行降解,。這一開創(chuàng)性的手段為心肌梗塞干細(xì)胞療法的開發(fā)提供了寶貴的思路。
干細(xì)胞+納米級溫敏水凝膠 在世界范圍內(nèi),，心血管疾病是引起疾病死亡的主要原因,，但是治療手段仍然有限。心肌梗死可導(dǎo)致心肌的損傷,，具有發(fā)病急,，預(yù)后差的特點。近期,，來自美中澳三地的科學(xué)家聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn),，利用納米級的溫敏材料包裹心臟干細(xì)胞，能夠在心肌梗死心臟中展現(xiàn)出良好的修復(fù)作用,。該結(jié)果已在大動物（豬）心梗模型中得到了驗證,，研究成果以Editors’ Choice的形式發(fā)表在《ACS Nano》雜志上。 研究學(xué)者目前已經(jīng)嘗試采用不同的方式修復(fù)損傷的心肌,，而干細(xì)胞治療是具有治療潛力的方式之一,。但是，單純干細(xì)胞的治療效果受限于細(xì)胞移植后滯留率低和宿主的免疫排斥反應(yīng)等問題,。在生物工程領(lǐng)域,，由水和聚合物合成的可注射水凝膠在梗死心臟中的修復(fù)作用正在得到深入的研究。但是,，天然的聚合物費用昂貴,，各個批次之間差異性較大。 來自于美國北卡羅來納州立大學(xué)和北卡羅來納大學(xué)-教堂山分校的程柯教授,、 中國鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院的張金盈教授和澳大利亞阿德萊德大學(xué)的Hu Zhang教授帶領(lǐng)三方課題組聯(lián)合研發(fā)孔徑極小的納米級P(NIPAM-AA)溫敏材料,，利用P(NIPAM-AA)溫敏膠的物理特性和化學(xué)特性,，與心臟干細(xì)胞結(jié)合，觀察其在心肌梗死心臟中的修復(fù)作用,。 研究發(fā)現(xiàn)P(NIPAM-AA)溫敏膠在溫度達(dá)到將近體溫時可以由液態(tài)轉(zhuǎn)為膠態(tài),。基于P(NIPAM-AA)溫敏膠的特殊結(jié)構(gòu)，這種廉價的合成水凝膠可以封裝心臟干細(xì)胞,，為干細(xì)胞提供良好的生長環(huán)境,，并且不影響干細(xì)胞生長因子的釋放。 將封裝的心臟干細(xì)胞注射入小鼠或者豬的體內(nèi),，干細(xì)胞在體內(nèi)的滯留率遠(yuǎn)大于單純細(xì)胞注射組,。P(NIPAM-AA)溫敏膠的物理特性可以隔離心臟干細(xì)胞，一定程度上避免系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)和局部免疫排斥反應(yīng)的發(fā)生,。在小鼠和豬的心肌梗死動物模型中的研究證實P(NIPAM-AA)溫敏膠結(jié)合心臟干細(xì)胞具有良好的心臟修復(fù)作用,。 因此，P(NIPAM-AA)溫敏膠封裝干細(xì)胞治療的方式克服了既往干細(xì)胞治療的難題,，全方位促進(jìn)心臟干細(xì)胞長期有效的發(fā)揮心臟修復(fù)作用。
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