心力衰竭（HF）是心血管疾病的終末期，在世界范圍內發病率和死亡率居高不下。盡管有多種治療策略，包括藥物治療、左心室輔助裝置、人工心臟和心臟移植，但心肌梗死后心力衰竭的發展仍然是不可逆的。心臟修復是對缺血心肌細胞壞死的一種保護性反應，包括心室重構、血管重建和傷口愈合。因此，修復過程的治療性調節有望為預防心衰和改善患者預后提供希望。心臟貼片，包括有細胞貼片和無細胞貼片已被證明可以改善不利的左心室重構，以修復心臟。盡管細胞負載貼片取得了進展，但種子細胞的低保留率和植入率一直是一個主要問題。相反，無細胞貼片很容易定制、實用，有希望用于臨床轉化。迄今為止，對無細胞心臟貼片的研究分別側重于優化其力學性能以抑制梗死心肌或優化其微觀結構，如孔隙、微通道或納米纖維以促進血管重建。然而，制造一種同時具有仿生力學特性和促血管生成特性的多功能心臟貼片仍然是一個挑戰。此外，局部給藥作為一種在低劑量下提高療效和減少全身毒副作用的有益策略，已受到廣泛關注。水凝膠、納米粒和載藥支架已被報道可維持治療試劑的釋放以促進心臟修復。然而，必須提高這些結構的有效性和穩定性。迄今為止，還沒有一種心臟貼片能同時對梗死心肌發揮綜合治療作用。鑒于此，上海交通大學葉曉峰、趙強和東華大學游正偉等人設計了一種可灌注的多功能心外膜裝置（PerMed），該裝置由可生物降解的彈性貼片（BEP），可滲透的分層微通道網絡（PHM）和能夠從皮下植入泵中輸送治療劑的系統組成，用于改善心臟功能和組織修復。成果發表在Nature Medicine上BEP具有仿生的彈性和強度，為梗死心肌提供機械信號，以限制不利的左室重構和促進組織修復。PHMs是一種仿生微血管系統，具有多層次的多孔微通道網絡，可促進血管生成并誘導修復性細胞（如成纖維細胞和巨噬細胞）的浸潤。此外，由于其固有的長期質量輸送能力和微孔結構，PHMs可以用作治療試劑的儲庫，包括藥物、基因和生長因子。據報道，機械匹配可以改善組織的發育和修復，特別是血管的形成和傷口的愈合。在這項研究中，研究人員選擇了三種機械環境的材料配比，包括相對于心臟組織的機械特性偏硬的PCL BEP，軟的PGS BEP和相似的PGS/PCL（9:1）BEP。顯著的是，與心臟組織機械匹配的PerMed（PGS/PCL）在血運重建、傷口愈合、心肌機械特性和心臟功能方面表現出更好的性能。更重要的是，不同的力學信號產生不同的促血管生成作用。研究人員假設有兩種潛在的機制。1）首先，生物力學提示是由肌成纖維細胞在傷口收縮介導的血管生成過程中產生的?？紤]到機械信號對肌成纖維細胞的不同影響，肌成纖維細胞產生的組織張力可能導致血管化。2）其次，環境的機械剛度可以直接影響血管網的形成。一些研究表明，相對較軟的凝膠能促進血管形成，而剛性基質不能導致血管形成。在本研究中，發現PerMed（PGS / PCL）組的膠原III /膠原I比率高于其他組，這表明較軟的PerMed（PGS/ PCL）更適合血管形成。圖|PerMed裝置可改善心梗大鼠模型的心臟功能恢復，并限制不良的左室重塑傷口愈合是心肌梗死后清除壞死性心肌細胞對纖維化疤痕形成的修復反應。在這項研究中，PerMed（PGS/PCL）組的疤痕中膠原III /膠原I的比例增加，表明其相對較好的收縮性。力學參數的分析，包括LV Ecc、LV Err和LVWT，顯示出類似的效果。膠原蛋白的調整已顯示受成肌纖維細胞和巨噬細胞的調節。這些細胞的啟動和分化是根據力學而發生的。在這項研究中，成肌纖維細胞的數量增加了，并且巨噬細胞在PerMed組中經歷了從M1到M2的早期轉變。此外，差異也可能是不同材料類型之間炎癥差異的結果，也可能是兩者的組合。圖|PerMed植入后壁應力，徑向和周向應變以及膠原亞型的區域評估PerMed是一種可補充的輸送系統，通過該系統，可以隨時更換泵以根據需要更換灌注的物質。另外，還具有一些額外的優勢。1）首先，與間歇給藥方法不同，PerMed可以通過便攜式泵實現28 d的穩定持續灌注。2）其次，PHM直接與心外膜表面接觸，誘導微血管網絡浸潤并增強對梗塞心肌的血液供應。3）最后，由于PerMed具有可生物降解的材料（PCL，PGS和明膠），因此在拔出導管后最終可以進行生物降解。圖|PerMed靶向釋放系統持續釋放治療試劑的性能微創外科手術植入和心臟貼片固定已被視為臨床轉化的重要步驟。因此，研究人員還設計了一個匹配的爪形固定器。借助帶有多個帶刺針的爪形臂，PerMed可以輕松而牢固地固定在心外膜表面。此外，可以根據諸如cMRI檢查的術前成像檢查的結果來定制爪形臂的長度和數量。但是，即使這樣，仍需要在未來的研究中評估固定器引起的心臟損害的風險，例如穿孔和破裂。盡管取得了一些令人鼓舞的結果，但這項研究仍存在一些局限性。1）首先，考慮到PerMed的生物降解作用，需要更長的隨訪時間來確定PerMed的長期治療效果。2）其次，盡管與MI組相比，PerMed（PCL/PGS）組的LV直徑和體積減少，但這些指標仍高于假手術組，這表明應該優化PerMed（PGS / PCL），例如采用干細胞。4）最后，研究人員設計了一個由鎳鈦合金制成的爪形固定器，將PerMed固定在心外膜表面。對于臨床轉化而言，由可吸收和生物相容性金屬制成的可生物降解的爪形固定器可能會很有吸引力。總而言之，研究人員設計了一種可灌注的多功能心外膜裝置，建立了協同的機械和生物學環境，可有效降低壁應力和心肌細胞凋亡，改善LV應變并促進血運重建和心臟代謝。PerMed的植入改善了心室功能。而且，PerMed可使血小板衍生的生長因子- BB有針對性地、持續且穩定地釋放，可增強心臟修復的功效。還證明了在豬中進行微創外科PerMed植入的可行性，證明了其有望用于臨床轉化以治療心臟病的前景。Huang, S., Lei, D.,Yang, Q. et al. A perfusable, multifunctional epicardial device improvescardiac function and tissue repair. Nat Med 27, 480–490 (2021).https://doi.org/10.1038/s41591-021-01279-9
