心脏病是全球范围内导致死亡的主要原因之一，而心肌梗死（心脏病发作）后心肌组织的不可再生性一直是医学界面临的重大挑战。近日，麻省理工学院（MIT）的工程师们开发出一种革命性的可编程药物递送贴片，能够在心脏受损后促进组织愈合和血管再生，为心脏病患者带来了新的希望。
创新药物递送系统
这种新型贴片是一种柔性生物材料，可在心脏病发作后直接应用于心脏表面。与传统一次性释放药物的系统不同，该贴片能够携带多种药物，按照预设的时间程序分阶段释放，从而精确匹配心脏自然愈合的各个阶段。
"当患者经历严重的心脏病发作时，受损的心肌组织无法有效再生，导致心脏功能的永久性丧失，"MIT科赫癌症综合研究中心的主要研究员Ana Jaklenec解释道，"我们的目标是恢复这种功能，帮助心肌梗死患者恢复更强壮、更有弹性的心脏。"
三阶段药物释放策略
研究人员设计了三种不同类型的微粒子，每种粒子由聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）制成，类似于带有小盖子的微型咖啡杯。通过改变用于制造盖子的聚合物的分子量，研究人员可以控制其降解速度，从而编程粒子在特定时间释放内容物。
对于这一应用，研究人员设计了在植入后第1-3天、第7-9天和第12-14天分解的粒子，形成了一个促进心脏愈合的三阶段药物方案：
- 第一阶段：释放神经调节蛋白-1（neuregulin-1），一种生长因子，有助于防止细胞死亡
- 第二阶段：释放血管内皮生长因子（VEGF），促进心脏周围血管形成
- 第三阶段：释放一种名为GW788388的小分子药物，抑制心脏病发作后可能形成的瘢痕组织
"当组织再生时，它遵循一个精心安排的时间序列，"Jaklenec指出，"Wang博士创建了一个系统，在身体自然愈合的顺序中，在恰当时机输送关键成分。"
材料科学与工程技术
研究人员将这些微粒子嵌入到坚韧而灵活的水凝胶薄片（类似于隐形眼镜）中。这种水凝胶由海藻酸盐和聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）两种生物相容性聚合物制成，最终会在体内降解。在这项研究中，研究人员创建了仅几毫米大小的紧凑型微型贴片。
"我们将这些粒子的阵列封装在水凝胶贴片中，然后可以将其手术植入心脏，"Wang解释道，"这样，我们实际上将治疗方案编程到这种材料中。"
实验验证与效果评估
研究人员在包含由诱导多能干细胞生成的心肌细胞、内皮细胞和人心室成纤维细胞的心组织球体上测试了这些贴片。这些球体暴露于低氧条件，模拟心脏病发作的影响，然后在其上放置贴片。他们发现贴片促进了血管生长，帮助更多细胞存活，并减少了纤维化的发生。
在心脏病发作的大鼠模型测试中，研究人员在使用贴片治疗后也看到了显著改善。与无治疗或静脉注射相同药物相比，接受贴片治疗的动物显示出33%的更高存活率，受损组织减少50%，心脏输出量显著增加。
研究人员还证明，这些贴片最终会随着时间的推移逐渐溶解，在一年内变成一个非常薄的层，不会干扰心脏的机械功能。
临床应用前景
这项研究代表了心脏修复领域的重大进展。目前，许多心脏病发作患者最终需要进行搭桥手术，这改善了心脏的血流，但并未修复受损的心肌组织。而MIT的贴片可以在手术进行的同时应用于心脏，提供持续的治疗。
"这是一种结合药物递送和生物材料，为患者开发潜在新治疗的重要方式，"Robert Langer教授说道，他是MIT科赫研究所的David H. Koch教授，也是这项研究的资深作者之一。
在测试的药物中，神经调节蛋白-1和VEGF已用于治疗心脏状况的临床试验，但GW788388仅在动物模型中进行过探索。研究人员现在希望在其他动物模型中测试他们的贴片，以期未来进行临床试验。
未来发展方向
虽然当前版本的贴片需要手术植入，但研究人员正在探索将这些微粒子整合到支架中的可能性，这些支架可以插入动脉，按照预定时间表递送药物。
此外，研究团队还计划进一步优化贴片的设计，扩大其适用范围，并探索与其他治疗方法的结合。他们相信，随着技术的不断进步，这种可编程药物递送系统有望应用于多种组织修复和再生场景。
对心脏病治疗的影响
心脏病发作后心肌组织的不可再生性是心脏病患者长期功能受限的主要原因。传统治疗方法主要关注改善血流，而非修复受损组织。MIT的这种可编程贴片代表了一种范式转变，它不仅能够提供治疗，还能够模拟自然愈合过程，从而可能实现更有效的心脏修复。
"当组织再生时，它遵循一个精心安排的时间序列，"Jaklenec强调，"我们的系统旨在按照身体自然愈合的顺序提供关键成分，从而最大化治疗效果。"
随着进一步的研究和临床试验，这种创新技术有潜力改变心肌梗死患者的治疗轨迹，为他们提供恢复更多心脏功能的机会，提高生活质量，并减少未来心血管事件的风险。
MIT工程师开发了一种柔性药物递送贴片，可在心脏病发作后放置在心脏上，促进心脏组织的愈合和再生。该贴片设计用于携带多种药物，可以按照预设时间表在不同时间释放。
培养皿中的心脏贴片
结论
MIT开发的这种可编程药物递送贴片代表了心脏修复领域的重大突破。通过精确控制药物释放的时间和顺序，该技术能够模拟自然愈合过程，在动物实验中已显示出显著效果。随着研究的深入和临床试验的推进，这种创新技术有潜力为心肌梗死患者提供更有效的治疗选择，帮助他们恢复更多心脏功能，改善长期预后。这不仅是对心脏病治疗的重要贡献，也为其他组织修复和再生领域提供了新的思路和方法。
