碳纳米管:心脏重生


  据布朗大学(Brown University)的初步实验表明,一片导电的碳纳米管可以使生长在培养皿上的心脏组织再生。这个片状物由自身折叠的微碳原子链组成,形成管状,可以导电和模拟人体组织的粗糙表面。布朗大学的研究人员向片状物中加入的纳米管越多,它周围就能有越多的细胞再生。

  在心脏病发作过程中,心脏的某些区域会缺氧,致使那些保持心脏有力且有节奏跳动的肌肉细胞和神经细胞死亡。组织自身不能够再生,这扰乱了心跳节律,使得心脏变衰弱,有时还会导致反复性心脏病发作。全世界的组织工程学家们都在寻找方法,利用不同类型的支架和干细胞再生或修复这类受损组织。

  此项研究中的资深研究员、布朗大学工程学和骨科副教授托马斯·韦伯斯特(Thomas Webster)说,他的工作与众不同,因为他不仅研究可以收缩跳动的肌肉细胞,还研究了帮助它们收缩的神经细胞以及裱衬在进出心脏的血管内表面的内皮细胞。在心脏中这三类细胞相互依赖地执行功能,片状物能帮助所有这三类细胞再生,这个事实表明新生长的组织与正常心脏组织类似。这项研究发表在近期的《生物材料学报》(Acta Biomaterialia)上。

  布莱汉姆妇女医院再生疗法研究中心( Regenerative Therapeutics Research Center at Brigham and Women's Hospital)的联合主任杰夫·卡尔普(Jeff Karp)说,他对韦伯斯特的想法印象深刻。但是卡尔普提醒说这项研究仍旧只是初步的。“在我们知道这种方法到底真正多么有前途之前还尚待时日”,他说道,因为还没有对此进行动物实验。

  韦伯斯特的纳米管片状物只是正在实施的帮助修复心脏的许多方法中的一个。许多方法涉及将采集自病人的干细胞注射入受损心脏,或者移植来源于这些干细胞的片状肌肉。他说纳米管可以独立使用,或者也可以作为干细胞的支架。

  韦伯斯特的团队现在正对纳米材料进行微调,以创造出一个线性结构来更加近似地模拟天然组织中的结构。其他研究已经表明,创造出这样一种结构可以提供一个天然支架,支持组织的强度和生长。这个团队还在致力于使片状物在导电性上同心脏组织同样精确,来看看这是否能改善其性能。下一步将是想办法如何运送片状物,将其卷起来通过导管运送到心脏。

  当然,在这项技术应用于患者之前,研究人员需要做大量的安全测试。与应用于组织工程的其他材料不同,这种碳纳米管片状物在体内不会自然降解。“我们的想法是,心脏组织可以在这些碳纳米管周围生长,并且它们可以持续地提供电流刺激心脏,” 韦伯斯特说。

  韦伯斯特说,为了避免监管上的拖沓延迟,他会首先在宠物身上实验他的碳纳米管。现在,心脏病发作对宠物狗来说通常会致命——韦伯斯特说——因为多数动物得不到诊断医疗保健和治疗,并且它们的心脏更小,在补偿损害方面与人类的心脏相比它们更为困难。医治宠物“是让这项技术更快走出实验室的一个方式,“他说。