復旦大學孫寧教授課題組合作研究 在新材料心肌補片開發方面取得新成果

近日，復旦大學基礎醫學院孫寧教授課題組，與河北工業大學楊磊教授課題組、美國布朗大學高華健院士課題組合作，優化並研發出新型心肌補片材料。4月15日，研究成果以《一種用於心肌梗死治療的粘彈性自粘附心肌補片》（「A viscoelastic adhesive epicardial patch for treating myocardial infarction」）為題在線發表於《自然-生物醫學工程》（Nature Biomedical Engineering）。

缺血性心肌病（Ischemic heart disease）是目前全球範圍內的主要致死因素，對其的預防和治療是一個世界性難題。心肌補片（Cardiac patch）是治療嚴重心肌梗死（Myocardial infarction）和後續心力衰竭（Heart failure）的一種潛在有效方式。然而，雖然不同性質的材料已被用於製備各類心肌補片，且都具備一定改善心梗後心臟功能的作用，但不同心肌補片在限制心室病理性重構和改善心功能方面的機制尚不明確。同時，對於這些材料中的哪些特性是心肌梗死治療中所必須的條件，是否存在最優材料特性與力學性能仍不清楚等問題導致心肌補片的進一步提升遭遇瓶頸。

課題組首先構建了心室的有限元模型，對心肌梗死和非梗死區域的力學環境進行了準確定量表述，通過計算模擬研究了在梗死區域應施加何種力學約束可重建其力學功能並消除兩個區域間的力學差異。根據計算模擬結果所建議的最佳力學重建策略，課題組運用澱粉和無機鹽，不斷改進配方，開發出了符合上述模擬結果的「凝膠點（gel point）」流變學特性的力學自適應性自粘心肌補片GPAP。

研究顯示，GPAP黏附在心臟表面後能顯著降低梗死區域心肌的弛豫常數到與非梗死區域幾乎一致的水平。GPAP可以長期貼附在心外膜表面，無毒副作用，並可以直接通過CT進行連續動態追蹤。通過構建大鼠的急性心梗和亞急性心梗模型，研究證實心梗後的病理性左室重構在使用GPAP後得到延緩和逆轉，心功能的主要指標全部得到改善，病理性心肌重構得到減輕，治療效果超越了幾乎所有目前已報道的不含細胞的心肌補片類型甚至部分幹細胞補片。

該研究體現了醫學、物理學與材料學等不同學科交叉合作的優勢，揭示了心肌梗死治療中的力學作用機制，開發的一種具有自主知識產權的心肌補片可望有效治療心肌梗死，未來更可以結合細胞與其他分子進一步改進優化其治療效果。研究成果為包括缺血性心肌病在內的重大疾病的治療開闢了新的思路。

蘇州大學林瀟副研究員、復旦大學基礎醫學院柏傲冰、蔡煥煥博士和布朗大學劉越博士為本文的共同第一作者。楊磊、孫寧、高華健為本文的共同通訊作者。期中，孫寧和楊磊均為國家優秀青年科學基金獲得者。蘇州大學楊惠林、白艷潔，復旦大學蔣維研究員、王新紅副教授為本文的共同作者。

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