研究人員設(shè)計(jì)了一種新型的粘性貼片，可以直接貼在心臟上。有一天，它可以幫助減少心臟病發(fā)作后心肌的拉伸。
該貼片由水基水凝膠材料制成，該材料通過計(jì)算機(jī)模擬心臟功能來開發(fā)，以微調(diào)材料的機(jī)械性能。一項(xiàng)對(duì)大鼠的研究表明，該貼劑能有效預(yù)防左心室重構(gòu)——心肌在心臟病發(fā)作后很常見，并能降低心臟主泵室的功能。研究還表明，計(jì)算機(jī)優(yōu)化補(bǔ)片優(yōu)于補(bǔ)片，其力學(xué)特性是臨時(shí)選擇的。
這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然生物醫(yī)學(xué)工程》上，是布朗大學(xué)工程學(xué)院計(jì)算機(jī)建模和力學(xué)研究人員、復(fù)旦大學(xué)心臟病專家和東吳大學(xué)材料科學(xué)家的合作成果。
該論文的合著者、布朗工程學(xué)院教授高華健說：“心臟病發(fā)作后心臟無法恢復(fù)的部分原因是它必須繼續(xù)抽血?！斑@里的想法是為受損組織提供機(jī)械支撐，這有望給它一個(gè)愈合的機(jī)會(huì)?！?
研究人員表示，之前的研究表明，機(jī)械貼片可能是有效的，但沒有人對(duì)這種貼片的最佳機(jī)械性能進(jìn)行過任何研究。因此，潛在補(bǔ)片的厚度和剛度變化很大。高說，把這些屬性做好是非常重要的。
他說：“如果材料堅(jiān)硬或堅(jiān)硬，那么你可以限制心臟的運(yùn)動(dòng)，這樣它就不能膨脹到所需的體積?！暗绻牧咸?，就無法提供足夠的支撐。所以我們需要一些機(jī)械原理來指導(dǎo)我們?！?
為了發(fā)展這些原理，研究人員開發(fā)了一種心臟跳動(dòng)的計(jì)算機(jī)模型，它可以捕捉心臟本身的機(jī)械動(dòng)力學(xué)，以及心臟固定在心臟外時(shí)的補(bǔ)片。布朗大學(xué)負(fù)責(zé)建模的研究生劉悅說，模型有兩個(gè)關(guān)鍵部分。
“一部分是模擬正常的心臟功能——擴(kuò)張和收縮，”劉說。“然后我們把我們的貼片貼在外面，看看它對(duì)這個(gè)功能有什么影響，這樣就能保證貼片不會(huì)限制心臟。第二部分是模擬心肌梗死后心臟是如何重塑的，這樣我們就可以看到需要多少機(jī)械支持才能阻止這個(gè)過程。”
有了這些特性，研究小組轉(zhuǎn)向了布朗博士在雷陽的生物材料實(shí)驗(yàn)室。畢業(yè)于蘇州大學(xué)，中國河北工業(yè)大學(xué)教授。楊和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種由食物淀粉制成的水凝膠材料，可以與模型的特征相匹配。材料的關(guān)鍵是它是粘彈性的，這意味著它結(jié)合了流體和固體的特性。在一定的應(yīng)力下，它具有流體特性，此時(shí)它會(huì)凝固并變得更硬。研究人員說，這使得這種材料適合心臟的運(yùn)動(dòng)，并提供必要的支持。
這種材料也很便宜(研究人員說這種貼片的價(jià)格不到一便士)，而且很容易制作。實(shí)驗(yàn)表明它是無毒的。嚙齒動(dòng)物研究最終表明，它可以有效減少心臟病發(fā)作后的傷害。
中國復(fù)旦大學(xué)心臟病學(xué)專家、合著者孫寧說：“這種貼片幾乎提供了心肌梗死后(即大量心肌細(xì)胞死亡)最好的機(jī)械支持。“[它]保持了更好的心輸出量，從而大大減少了剩余心肌細(xì)胞的超負(fù)荷和心臟的不良重塑。”
生化標(biāo)記顯示，該貼劑減少了心臟病發(fā)作受損組織中的細(xì)胞死亡、疤痕組織積累和氧化應(yīng)激。
研究人員表示，還需要更多的測(cè)試，但初步結(jié)果有望最終用于人類臨床試驗(yàn)。
“它是否適合人類還有待觀察，但很有希望，”高說?！拔覀儧]有理由認(rèn)為它現(xiàn)在不起作用。”
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