减小心肌应力、缓解心肌持续损伤、促进组织再生
可注射水凝胶或成心衰治疗新方案
随着新型生物材料及器械的快速发展，将水凝胶等生物材料精准植入心衰患者心肌壁内，可减小心肌应力，缓解心肌持续损伤，促进组织再生，有望成为心衰的新型治疗方案。将可注射水凝胶以一种微创的方式植入体内，还可避免开胸手术对患者造成巨大创伤，具有临床应用前景和优势。
◎芶文涵 陈 科
心衰是心力衰竭的简称，表现为心脏收缩或舒张功能障碍、心脏供血功能减退，无法提供身体所需血流，是一种高发病率、高死亡率、高住院率的心血管疾病。据不完全统计，全世界约有4000多万名心衰患者，而我国则有1000多万名心衰患者。心衰统计数据显示，约50%的严重心衰患者确诊后会在5年内死亡。
近日，四川大学王云兵教授课题组在《先进医疗材料》期刊发表综述文章，详细总结了心衰的病理生理机制及用于心衰治疗的各种类型的可注射水凝胶。
心衰有哪些治疗方法？同其他方法相比，可注射水凝胶疗法治疗心衰有哪些优点？该疗法未来发展方向如何？带着这些问题，记者采访了相关专家。
可注射水凝胶治疗心衰从两方面发挥作用
目前，针对心衰治疗的临床方案主要包括药物、心脏辅助装置与心脏移植术。
王云兵介绍，药物治疗主要着眼于降低血压、增加心肌收缩力、抑制交感神经活性等，可有效减轻患者症状，但长期服药效果有限且伴随药物副作用。
心脏辅助装置可改善患者的血流动力学，但有发生并发症的风险，如栓塞和感染等；心脏移植术是目前对终末期心衰患者最有效的治疗方法，但存在供体不足和免疫排斥等问题。
在这样的背景下，可注射水凝胶疗法应运而生。可注射水凝胶治疗心衰是基于组织工程和再生医学先进理念发展出的一种新方法。水凝胶作为一种三维亲水聚合物网络，具有独特的生物相容性，其结构与性能能够很好地模拟心脏细胞外基质。
王云兵表示，随着新型生物材料及器械的快速发展，将水凝胶等生物材料精准植入心衰患者心肌壁内，可减小心肌应力，缓解心肌持续损伤，促进组织再生，有望成为心衰的新型治疗方案。“将可注射水凝胶以一种微创的方式植入体内，还可避免开胸手术对患者造成巨大创伤，具有临床应用前景和优势。”他说。
据了解，用于心衰治疗的可注射水凝胶分为纯水凝胶、基于细胞外基质的水凝胶、装载干细胞及外泌体的水凝胶、装载基因的水凝胶、装载各类治疗性物质的水凝胶和导电水凝胶6类。
细胞外基质对维持心肌组织的结构和功能完整性具有至关重要的作用，其过度降解就会导致心梗后心室的不良重塑。近年来，心脏组织工程领域出现了许多用于心脏组织修复和再生诱导的模拟细胞外基质的水凝胶。其中，脱细胞水凝胶和重组胶原蛋白水凝胶作为可注射生物材料，得到了极大关注。
目前，可注射水凝胶治疗心衰主要从两方面发挥作用，一方面是为心室壁提供机械支撑。水凝胶的三维骨架结构可增加心室壁厚度、降低心室应力、限制收缩张力并改善心肌重塑，从而改善心功能。另一方面，水凝胶通过仿细胞外基质和心肌微环境来进一步发挥其治疗及修复再生的功能。水凝胶可以很好地模拟细胞外基质、降低炎症因子的表达、抑制细胞凋亡，从而抑制心肌纤维化等。
应用前景广阔但仍需攻克难题
谈到可注射水凝胶疗法的创新研究，王云兵表示，该疗法的创新研究主要围绕其力学性能和功能化展开。降低心室壁应力被视为治疗心衰的基础，目前美国、以色列等国均在积极开展心衰治疗水凝胶材料及器械的研发。“美国公司研发的一种水凝胶产品已获得欧盟认证，但因其采用外科开胸方式植入水凝胶，手术风险大且患者耐受性差。”他说。
近年来，国内在该领域的研究已取得突破性进展。“我们研发出了成胶时间及强度可控的海藻酸盐基水凝胶，及兼具力学支撑和诱导心脏组织再生修复功能的新型人源化胶原蛋白基水凝胶，分层次实现了力学性能可控及诱导心肌组织再生修复。”王云兵表示，他们课题组通过心脏力学仿真模拟技术，确定了个性化水凝胶注射方案，从而将水凝胶材料经心内膜安全精准植入心衰患者心肌壁内。
谈到可注射水凝胶疗法未来的发展前景时，王云兵指出，水凝胶还可以作为干细胞以及多种药物的递送平台，针对心衰不同病理阶段面临的问题，靶向性递送相关治疗性药物。
尽管可注射水凝胶疗法在心衰治疗研究中已初步取得了显著成效，但要确保其在临床应用中的安全性和稳定性，仍有一些难题需要进一步攻克，包括水凝胶可注射性与机械强度之间的矛盾、调控水凝胶介入治疗的时间点、水凝胶植入剂量及植入部位等。
王云兵表示，为进一步增强可注射水凝胶修复受损心肌组织的能力，需提高水凝胶基质与细胞间的相互作用，并加强智能响应水凝胶的开发。