譚瑤 綜述 付煒 審校

【提要】 心肌梗死導(dǎo)致的心衰是威脅人類健康的主要心血管疾病，利用干細(xì)胞結(jié)合支架材料制備的組織工程心肌補片有望成為將來治療心肌梗死的新希望。目前，關(guān)于組織工程心肌補片的研究眾多，細(xì)胞和支架材料亦多種多樣。本文對可能應(yīng)用于組織工程心肌補片的種子細(xì)胞來源、支架材料以及影響組織工程心肌補片存活和功能的各種因素進(jìn)行綜述。

心血管疾病是威脅人類生命健康的主要疾病之一[1]。其中，心肌梗死是心血管疾病中較為常見且危害性極大的一類，主要是缺血缺氧導(dǎo)致心肌細(xì)胞壞死所致。由于心肌細(xì)胞屬于永久性細(xì)胞，不具有再生能力，當(dāng)缺血缺氧導(dǎo)致心肌細(xì)胞壞死后，只能由成纖維細(xì)胞代替，最后形成瘢痕組織，而受損心肌組織也會失去正常功能，最終導(dǎo)致心功能衰竭。為了改善終末期患者的心功能，心臟移植是目前最理想的辦法。但是，供體心臟來源緊張，而其他治療方法無法從根本上解決問題，并且治療過程中可能出現(xiàn)大量并發(fā)癥。

組織工程是利用種子細(xì)胞、支架等構(gòu)建組織工程化器官和組織，達(dá)到對受損部位修復(fù)或替代的一種技術(shù)。組織工程心肌補片是通過模擬細(xì)胞外基質(zhì)為心肌提供機械支持并將心肌細(xì)胞遞送到梗死部位，進(jìn)而實現(xiàn)限制心室重構(gòu)、防止擴(kuò)張、減少梗死面積、提高心室機械性能、減少凋亡等功能的組織工程產(chǎn)物。相比傳統(tǒng)的治療方法，組織工程心肌補片治療心梗真正做到了“修補”心臟，不僅從疾病發(fā)生發(fā)展的源頭治療心梗，而且解決了移植心臟供體短缺的問題。本文將對組織工程心肌補片的種子細(xì)胞來源、支架材料及影響補片功能的關(guān)鍵因素進(jìn)行綜述。

1 組織工程心肌補片的種子細(xì)胞

研究表明，種子細(xì)胞能夠彌補梗死后心肌細(xì)胞的丟失，并且種子細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子等能夠改善心肌梗死后的局部微環(huán)境，促進(jìn)梗死區(qū)域的修復(fù)。種子細(xì)胞要求是具有活性的心肌細(xì)胞或能夠增殖分化成心肌細(xì)胞的干細(xì)胞。部分哺乳動物在出生后的較短的一段時間內(nèi)心肌細(xì)胞具有再生能力[2]。但是，人類在出生前心肌細(xì)胞就已經(jīng)分化成熟，喪失了再生能力。因此，心肌補片的細(xì)胞來源是干細(xì)胞。干細(xì)胞是一類具有自我復(fù)制能力的多潛能細(xì)胞，在一定的條件下能夠誘導(dǎo)分化成各種功能細(xì)胞。組織工程心肌補片的種子細(xì)胞主要來源包括胚胎干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞。

1.1 胚胎干細(xì)胞（Embryonic stem cells，ESCs）

ESCs 是早期胚胎（原腸胚期之前）或原始性腺中分離出來的一類細(xì)胞，具有體外培養(yǎng)無限增殖、自我更新和多向分化的特性[3]，其分化潛能是任何干細(xì)胞都無法比擬的。研究發(fā)現(xiàn)，Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路對ESCs 向中胚層分化具有重要作用，Chibby 作為Wnt/β-連環(huán)蛋白的拮抗劑能夠促進(jìn)ESCs 向心肌細(xì)胞分化[4]。為了更好地將ESCs 運用到心梗患者的治療上，相關(guān)研究將大動物作為研究對象，將ESCs 來源的心肌細(xì)胞移植到獼猴心臟體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)梗死面積明顯減少，且有新生血管生成，但同時出現(xiàn)了心律失常的不良反應(yīng)，導(dǎo)致該不良反應(yīng)的具體原因仍有待研究[5]。最近，有研究將纖維蛋白包被的ESCs 移植到68 歲的嚴(yán)重心衰患者的心臟中，3個月后左室射血分?jǐn)?shù)提高了10%，NYHA 功能分級由Ⅲ級變?yōu)棰窦?，且無心律失常、腫瘤形成等不良反應(yīng)，成為ESCs 臨床治療嚴(yán)重心衰患者的首例[6]。隨后又有6 位患者接受了類似的臨床試驗，患者的心功能均顯著提高，且無不良反應(yīng)[7]。這是組織工程心肌補片應(yīng)用于心衰治療的重要里程碑。但是，由于倫理因素及取材困難，胚胎干細(xì)胞的臨床應(yīng)用受到了極大的限制。

1.2 間充質(zhì)干細(xì)胞（Mesenchyma stem cells，MSCs）

MSCs 是一類具有干細(xì)胞特性的細(xì)胞，來源廣泛、增殖能力強、分化潛力大、免疫原性低、取材方便、易于工業(yè)化制備、無倫理學(xué)限制，具有強大的應(yīng)用潛能[8]。MSCs 經(jīng)誘導(dǎo)可分化為心肌細(xì)胞，可作為組織工程心肌補片的種子細(xì)胞。MSCs 的同種異體移植不會引起嚴(yán)重的免疫反應(yīng)。但MSCs 在體內(nèi)分化效率低，這是MSCs 應(yīng)用于心梗治療亟待解決的問題。研究認(rèn)為，MSCs 對梗死部位修復(fù)起關(guān)鍵作用的是其釋放的旁分泌因子。Blondiauxe 等[9]將MSCs 補片貼附在小鼠心外膜上，發(fā)現(xiàn)MSCs 補片通過旁分泌因子提高了梗死后心臟左心室射血分?jǐn)?shù)，減輕梗死部位及周圍組織的纖維化，并促進(jìn)新生血管的形成。Zhang 等[10]發(fā)現(xiàn)，MSCs 可以通過小分子G 蛋白rap1 介導(dǎo)的信號通路調(diào)控心梗后缺血缺氧微環(huán)境下的細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)，進(jìn)而改善梗死心臟功能。另外，MSCs 在改善心肌功能的同時是否會引起嚴(yán)重的心律失常還未完全明確。目前，MSCs 治療心血管疾病進(jìn)行了大量的臨床研究，初步證實了MSCs 臨床應(yīng)用的安全性[11]。

1.3 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（Induced pluripotent stem cells，iPSCs）

iPSCs 是指將外源性基因?qū)塍w細(xì)胞內(nèi)重編程而獲得多能分化潛能的一類干細(xì)胞[12]。由于iPSCs 可通過誘導(dǎo)自體體細(xì)胞獲得，避免了倫理問題和免疫排斥反應(yīng)，臨床應(yīng)用上具有顯著優(yōu)勢，是目前心肌再生領(lǐng)域的研究熱點。但自體體細(xì)胞誘導(dǎo)成iPSCs 耗時長，無法用于急性心肌梗死的治療。與ESCs 相似，iPSCs 亦可經(jīng)誘導(dǎo)分化為心肌細(xì)胞。在大動物體內(nèi)同種異體移植iPSCs 來源的心肌細(xì)胞對心臟功能具有明顯的改善作用，但同樣出現(xiàn)了短暫的心律失常現(xiàn)象[13]。同時，由于這些干細(xì)胞具有向三個胚層全面分化的能力，可能會形成胚胎瘤和子代嵌合體，因此需要成熟的培養(yǎng)分化技術(shù)誘導(dǎo)其向心肌細(xì)胞定向分化。

心肌的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，除心肌細(xì)胞外，還包括許多非心肌細(xì)胞，如內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等，這些細(xì)胞各自發(fā)揮作用。內(nèi)皮細(xì)胞與血管生成密切相關(guān)，會影響移植心肌細(xì)胞的存活。研究發(fā)現(xiàn)，將內(nèi)皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞共培養(yǎng)，可增加新生血管形成，從而提高心肌細(xì)胞存活率。Sekine 等[14]通過將大鼠心肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)形成心肌補片，移植到發(fā)生心肌梗死的豬的心臟上，發(fā)現(xiàn)血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子、堿性成纖維生長因子等細(xì)胞因子分泌顯著增加，新生血管增多，改善了心臟功能且未發(fā)生心律失常。成纖維細(xì)胞是維持心肌穩(wěn)態(tài)的重要細(xì)胞，不僅能夠促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖和血管形成產(chǎn)生基底膜，還能釋放生物活性因子促進(jìn)梗死后微血管生成[15]。這兩種細(xì)胞對于心肌細(xì)胞存活意義重大，適當(dāng)?shù)募?xì)胞組成更加有利于梗死后心肌修復(fù)。

2 組織工程心肌補片的支架材料

理想的支架需要滿足的條件：能夠提供良好的機械支持、生物相容性、可降解性、整合性優(yōu)良，能夠為種子細(xì)胞的成熟和分化提供一個良好的微環(huán)境，并且沒有無細(xì)胞毒性。組織工程支架材料主要包括天然材料和合成材料兩大類。

2.1 天然材料

天然的支架材料包括細(xì)胞外基質(zhì)、纖維蛋白、膠原纖維、藻朊酸鹽等。因其來自天然組織，故更接近于正常細(xì)胞生長的環(huán)境。雖然天然組織工程支架優(yōu)勢明顯，但獲得符合要求的支架的技術(shù)目前還不夠成熟。

2.1.1 細(xì)胞外基質(zhì)（Extracellular matrix，ECM）

ECM 常采用脫細(xì)胞的方法除去天然組織器官中的細(xì)胞而獲得，具有與正常組織相同的結(jié)構(gòu)，高度有序且具有條紋樣的納米結(jié)構(gòu)。同時，細(xì)胞外基質(zhì)保留了天然組織分泌生物因子的能力，能夠為心肌細(xì)胞的存活提供良好的微環(huán)境[16]。Kameli 等[17]利用脫細(xì)胞心包聯(lián)合MSCs 制成補片，移植到大鼠心梗部位，4 周后觀察到心肌細(xì)胞再生以及新生血管的形成，且無炎癥反應(yīng)。表明天然的脫細(xì)胞支架能夠促進(jìn)梗死心肌修復(fù)，并最大程度地降低細(xì)胞免疫反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，來源于成年人的ECM 中具有更多的膠原纖維沉積，可能更有利于電耦連，且具有更強的剛度；而來源于胎兒的ECM 孔隙更多，彈性更好，更有利于心肌細(xì)胞貼附，并可釋放更多的旁分泌因子，有利于梗死后心肌的修復(fù)[18]。雖然ECM 優(yōu)點明顯，但目前脫細(xì)胞技術(shù)不夠成熟，在脫細(xì)胞的過程中，原本的3D 結(jié)構(gòu)可能遭到破壞，機械性能變差，在移植的過程中一些成分會被巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)快速降解。同時，殘留的細(xì)胞碎片會引起免疫反應(yīng)和影響內(nèi)源性血管再生[19]。因此，利用ECM作為組織工程心肌補片支架的關(guān)鍵在于提高脫細(xì)胞技術(shù)，研究出能夠僅僅脫去細(xì)胞而不破壞其結(jié)構(gòu)，并最大限度減少副作用的方法。

2.1.2 纖維蛋白

纖維蛋白是ECM 的重要組成成分，也是組織損傷后形成的機械支撐結(jié)構(gòu)，有利于細(xì)胞的黏附、增殖、遷移和分化[20]。纖維蛋白具有良好的生物相容性、細(xì)胞親和性、可塑性、能和其他不同材料良好結(jié)合、易于植入等優(yōu)點。同時，由于其前體（纖維蛋白原和凝血酶原）可從患者血液中獲取，可避免免疫排斥反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，將大鼠心肌細(xì)胞與纖維蛋白水凝膠結(jié)合后，可形成極薄且具有功能的心肌補片，可作為心肌補片支架的來源。目前，利用EMSCs 與纖維蛋白支架結(jié)合形成的心肌補片已進(jìn)行了臨床試驗[7]，驗證了纖維蛋白支架補片的安全性與可行性。

2.1.3 膠原纖維

膠原纖維是細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分，包括膠原纖維Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。其中常用的是膠原纖維Ⅰ型，可提供與正常生理環(huán)境相似的胞外微環(huán)境，有較好的生物相容性及降解性，且不會引起較大的免疫排斥反應(yīng)。Wendel 等[21]將人來源iPSCs誘導(dǎo)產(chǎn)生的心肌細(xì)胞（hiPS-CM）和周細(xì)胞結(jié)合膠原纖維凝膠制成補片，植入到急性心梗大鼠心臟中，4 周后觀察到心梗面積減少了18%，射血分?jǐn)?shù)增加了20%，且補片中出現(xiàn)膠原纖維沉積和新生血管，表明產(chǎn)生了天然細(xì)胞外基質(zhì)和新的血管。但膠原纖維的伸縮性較差，需與其他材料結(jié)合增強機械性能。但從實際應(yīng)用角度而言，其獲取加工過程復(fù)雜，并不是心肌補片支架的最佳選擇。

2.1.4 明膠

明膠是一種可吸收的生物材料，來自于膠原蛋白，故其化學(xué)特性和膠原纖維相似，制作成本低，且細(xì)胞貼附性好，細(xì)胞與其結(jié)合存活率高[22]。明膠拉伸強度低，易快速變形，較少單獨使用。通過與甲基丙烯酰胺交聯(lián)的明膠（GelMA）具有多孔結(jié)構(gòu)，機械性能與正常心肌組織相似，有利于心肌細(xì)胞的生長貼附[23]。但明膠的導(dǎo)電性較差，常需與其他材料結(jié)合以提高導(dǎo)電性。將甲基丙烯酰明膠結(jié)合導(dǎo)電性極強的基于膽堿的生物粒子液體（bio-IL）制成的心肌補片，能夠在提供機械支持恢復(fù)肌電耦合的情況下，最大限度地減少心肌重塑，維持正常心功能[24]。

2.1.5 藻朊酸鹽

藻朊酸鹽是形成褐藻類細(xì)胞膜的物質(zhì)，能在冷水中變成黏稠溶液，具有極好的成膜能力。這種原位凝結(jié)能力使其具有良好的可塑性，更易形成所需的支架結(jié)構(gòu)，能形成多孔結(jié)構(gòu)，而多孔結(jié)構(gòu)支架更加穩(wěn)定，具有更好的機械性能，也更利于細(xì)胞的生長黏附，并能引導(dǎo)細(xì)胞生長，使其具有導(dǎo)向性[25]。利用3D 多孔藻朊酸鹽支架結(jié)合胎兒心肌細(xì)胞形成補片，移植于心梗大鼠體內(nèi)，觀察到新生血管生成明顯增多，左室擴(kuò)張和衰竭明顯改善，證實了藻朊酸鹽心肌補片的可行性[26]。此外，藻朊酸鹽具有抗血栓、成本低的優(yōu)點。

2.1.6 殼聚糖

殼聚糖是一種天然聚合物，是殼類動物骨骼的主要成分之一。因其具有抗菌、抗血栓及促進(jìn)傷口愈合的作用[27]，在藥物治療方面已經(jīng)得到了廣泛的研究。同時，殼聚糖具有良好的生物相容性、親水性、機械強度，能夠通過脫乙酰度調(diào)節(jié)降解速率，且能同其他材料進(jìn)行良好復(fù)合，這些優(yōu)點使其作為心肌補片支架優(yōu)勢顯著。研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖＋碳酸鈣復(fù)合形成的支架可通過促進(jìn)新生血管生成,減少梗死面積，以改善心肌功能[28]。但是，殼聚糖不具有導(dǎo)電性，需同導(dǎo)電性良好的材料結(jié)合，以增加其導(dǎo)電性。碳納米管沉積制備的殼聚糖支架展示出良好的導(dǎo)電性，可使心肌細(xì)胞中涉及肌肉收縮和電藕連的基因表達(dá)增加[29]。

2.2 合成支架

聚合物材料易于合成、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、來源多樣、制備成本低，且化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成明確，降解率和結(jié)構(gòu)能夠人為地精確控制，是目前最常用的合成支架。常見的聚合物支架有聚乙二醇、聚丙交酯-共-ε-己內(nèi)酯、聚已內(nèi)酯、聚乳酸-乙醇酸、聚甘油癸二酸酯等。

2.2.1 聚乙二醇（Polyethylene glycol，PEG）

PEG 是一種水溶性高、免疫原性低、生物相容性好且無毒的親水性聚合物。在骨、胰島、軟骨、間充質(zhì)干細(xì)胞等領(lǐng)域的應(yīng)用已有60 多年歷史[30]。PEG 水凝膠補片形成納米級表面微結(jié)構(gòu)能夠模擬天然ECM，觀察到心肌細(xì)胞在補片上呈導(dǎo)向性生長，可見各向異性動作電位傳播和心肌細(xì)胞收縮。研究表明，PEG 可通過增強CAVEOLIN 信號傳導(dǎo)和抑制G 蛋白偶聯(lián)受體-2 和β-arrestin 信號，進(jìn)而保護(hù)梗死后缺氧環(huán)境下的心肌細(xì)胞，抑制心室重構(gòu)[31]。

2.2.2 聚丙交酯-共-ε-己內(nèi)酯（Polylactide-co-epsiloncaprolactone，PLCL）

PLCL 是一種具有良好機械性能的可降解聚合物，能夠為心梗部位提供良好的機械支撐。因其具有良好的彈性，在韌帶、血管、尿道方面的研究較多[32]；又因其具有較高的可塑性、可控的降解速率和較低的細(xì)胞毒性，使其成為組織工程心肌補片支架材料的良好選擇。利用PLCL 合成的聚合物支架結(jié)合MSCs 的心肌補片治療心梗大鼠，其左室射血分?jǐn)?shù)提高了18%，心梗面積減少了29%，表明心功能明顯改善[33]。但是，該材料生物相容性差，需與其他材料結(jié)合以提高其生物相容性，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞的黏附和增殖。

2.2.3 聚已內(nèi)酯（Polycaprolactone，PCL）

PCL 是一種可降解的合成化合物，其應(yīng)用已較為成熟。

PCL 拉伸強度大，機械性能好，免疫原性低，降解緩慢，且能對藥物進(jìn)行緩慢釋放。但是，PCL 親水性較差，不利于細(xì)胞的貼附，需結(jié)合其他材料來提高其親水性[34]。研究發(fā)現(xiàn)，用氫氧化鈉處理過的PCL 親水性顯著提高，細(xì)胞與材料的貼附更好，自發(fā)搏動能力顯著提高。同時，通過與導(dǎo)電聚合物聚吡咯結(jié)合，可增加PCL 的導(dǎo)電性，增強基質(zhì)傳導(dǎo)性[35]，對于補片細(xì)胞獲得正常的電生理功能具有重大意義。

2.2.4 聚乳酸-乙醇酸（Polylactic acid-glycolic acid，PLGA）

PLGA 是由PLA 和PGA 合成的材料，具有更好的機械性能，分子量可控，降解率可調(diào)節(jié)，可形成各種形狀和大小的支架材料，在諸多領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用[36]。利用靜電紡絲技術(shù)合成的具有各向異性的三維PLGA 支架可成功誘導(dǎo)大鼠心肌細(xì)胞導(dǎo)向性生長，并呈現(xiàn)出良好的搏動性[37]。研究發(fā)現(xiàn)，人胚胎來源的心肌細(xì)胞能夠在PLGA 可降解薄膜支架上各向異性貼附生長，且明顯降低了心律失常的發(fā)生率[38]。

2.2.5 聚甘油癸二酸酯（polyglycerol sebacate，PGS）

PGS 是一種相對較新的彈性聚合物，由于生物相容性好、彈性好、硬度大、親水性好、細(xì)胞貼附性好、易于合成、制作成本較低，且對細(xì)胞增殖有一定的促進(jìn)作用[39]，是最具臨床應(yīng)用潛能的心肌補片材料之一。但是，PGS 降解速率快，分子量低，需要高溫進(jìn)行真空交聯(lián)；另外，PGS 不能進(jìn)行靜電紡絲。PGS 需通過和其他材料的結(jié)合來彌補上述缺點。例如，與PCL 結(jié)合形成的復(fù)合物補片可以同VEGF 共價固定，在為心肌細(xì)胞提供機械支持的情況下，促進(jìn)新生血管的生成，更加有利于心肌梗死的修復(fù)[40]。

2.3 支架制備技術(shù)

制備理想的組織工程支架要求研究出一套成熟而高效的技術(shù)。目前常用的技術(shù)包括脫細(xì)胞法、靜電紡絲技術(shù)、分子自組裝、生物打印技術(shù)等。

2.3.1 脫細(xì)胞法

天然支架主要通過脫細(xì)胞法制備，包括物理方法（低溫）、化學(xué)方法（去污劑，酸堿）和生物方法（消化酶）[41]。通過脫細(xì)胞法制備的心肌補片支架具有足夠的機械力量，保留了血管等微結(jié)構(gòu)和一些有助于細(xì)胞生長的生物成分。但無論通過何種方法脫細(xì)胞，殘留的細(xì)胞碎片仍會引起免疫排斥反應(yīng)和影響內(nèi)源性修復(fù)，并導(dǎo)致機械性能的改變。另外，在脫細(xì)胞過程中，可能會生成一些不利于細(xì)胞生長的物質(zhì)，而導(dǎo)致支架產(chǎn)生一定的細(xì)胞毒性。脫細(xì)胞支架已經(jīng)在小腸、膀胱等領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛的研究，在心血管疾病的治療也已開展了應(yīng)用，其中包括梗死后心肌的修復(fù)治療。

2.3.2 靜電紡絲技術(shù)

靜電紡絲技術(shù)是一種特殊的纖維制造工藝，聚合物溶液或熔體在強電場中進(jìn)行噴射紡絲。在電場作用下，針頭處的液滴會由球形變?yōu)閳A錐形（即“泰勒錐”），并從圓錐尖端延展得到纖維細(xì)絲。該方法可生產(chǎn)出納米級的聚合物細(xì)絲[42]。作為組織工程材料的常用技術(shù)，靜電紡絲技術(shù)能合成與天然細(xì)胞外基質(zhì)相似的微結(jié)構(gòu)，通過調(diào)控溶液濃度、流速、噴射高度等參數(shù)，可合成所需的多孔、纖維直徑可控的支架，以及紡制出有序排列微結(jié)構(gòu)的材料。這種有序排列結(jié)構(gòu)有利于心肌細(xì)胞的導(dǎo)向性生長，最終形成類似于正常心肌細(xì)胞的排列方式，有利于心肌細(xì)胞的電傳導(dǎo)和一致性收縮。這種技術(shù)對材料成分和尺寸具有較強可控性，且該技術(shù)易于掌握，使其成為組織工程中最常用的技術(shù)。該技術(shù)的局限性在于其噴射狀態(tài)不穩(wěn)定，形成的纖維均一度欠佳。

2.3.3 分子自組裝

分子自組裝是在平衡條件下，分子自發(fā)地通過非共價鍵連接結(jié)合，形成穩(wěn)定的、結(jié)構(gòu)明確的聚集體[43]。自組裝程序發(fā)生通常會將系統(tǒng)狀態(tài)從無序轉(zhuǎn)變成有序。分子自組裝常用的材料是多肽，用于分子自組裝的多肽主要有α-螺旋肽、β-片層肽和仿制膠原肽，其中的β-片層肽是最常見的。利用分子自組裝形成的納米纖維支架結(jié)合心肌細(xì)胞形成的纖維支架，可減輕心肌梗死部位的心肌壞死[44]。分子自組裝肽具有自我識別、降解產(chǎn)物無毒等優(yōu)點。與靜電紡絲技術(shù)相比，分子自組裝能夠形成更精細(xì)的支架結(jié)構(gòu)，細(xì)絲直徑可達(dá)10 nm，更利于細(xì)胞的黏附、增殖分化，以及梗死心肌部位的修復(fù)。但自組裝肽機械性能相對較弱，故可與機械性能較好的材料結(jié)合。

2.3.4 生物打印技術(shù)

生物打印技術(shù)是指將細(xì)胞、生長因子和支架結(jié)合成整體，通過三者之間的相互作用實現(xiàn)組織的功能化[45]。目前，生物打印技術(shù)主要包括擠出式、噴墨式和激光輔助3 種，各有優(yōu)缺點。擠壓式是最常用的，速度最快，更適用于大規(guī)模打印，還可打印載有細(xì)胞的微球以及細(xì)胞外基質(zhì)。該方法對細(xì)胞損害最小，但打印精度有限，形成的細(xì)絲最小尺寸約100 nm；同時，該方法對墨水具有較高要求。噴墨式打印技術(shù)優(yōu)勢在于活細(xì)胞數(shù)量比例更高，成本更低，但細(xì)胞分散程度無法保證，且對墨水濃度也有一定要求。激光式打印能保證較高的精確度，且對墨水要求較低，但不適合多種細(xì)胞混合打印，并且對細(xì)胞傷害較大，使得活細(xì)胞數(shù)量較其他兩種打印方式更少。生物打印技術(shù)能夠?qū)χЪ芙Y(jié)構(gòu)進(jìn)行精確控制，靈活性好、可測量、可短時間可大量打印，是醫(yī)療行業(yè)的革命性技術(shù)，在組織工程心肌補片發(fā)展中具有良好的應(yīng)用前景。

3 影響心肌補片構(gòu)建的因素

理想的心肌補片能在移植后完全模擬正常的心肌組織，替代梗死組織。除了基本的細(xì)胞和支架問題，還需考慮補片的厚度、血供以及梗死微環(huán)境對補片的影響。

3.1 厚度與血供

心臟補片的厚度是最關(guān)鍵的問題。為了給梗死心肌提供更好的機械支持，目前的研究正聚焦于厚補片的制備方法。由于氧氣擴(kuò)散和營養(yǎng)供給的問題，心臟補片的厚度受到限制。心肌存活需要充足的血供，需建立循環(huán)支架心肌補片，促進(jìn)血管的生成。大量研究嘗試在移植補片中裝載生長因子，包括血管內(nèi)皮生長因子、胰島素樣生長因子、血小板衍生生長因子，通過對這些生物活性因子進(jìn)行緩釋，來達(dá)到促進(jìn)新生血管生成，進(jìn)而提高心肌細(xì)胞的存活率，減少梗死區(qū)域面積，提高心功能的目的[46]。此外，還有研究嘗試?yán)枚鄬友a片疊加的方法來制備模塊化的心肌補片，每一模塊都有獨立的功能，包括促進(jìn)血管生成、減少免疫反應(yīng)等，從而使得模塊化的心肌補片的綜合厚度達(dá)到期望值[47]。

3.2 導(dǎo)電性

心臟通過傳導(dǎo)系統(tǒng)將沖動傳導(dǎo)到心臟的各個部位而產(chǎn)生收縮舒張功能。因此，心肌的電活動對于心功能具有至關(guān)重要的意義。因此，心肌補片應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性，常通過在補片中添加導(dǎo)電性強的離子來增加補片的導(dǎo)電性（如碳納米管、石墨烯和某些金屬粒子）。研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管作為一種納米材料，具有良好的機械性能、超強的導(dǎo)電性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。將碳納米管填充到心肌補片支架中，既彌補了天然以及合成材料導(dǎo)電性不足的缺點，還能提高支架的機械性能及穩(wěn)定性[48]。帶有多功能電子設(shè)備的靜電紡絲纖維補片，能夠在記錄補片電活動的同時不影響補片的功能，在補片修復(fù)梗死心肌的過程中可監(jiān)控補片細(xì)胞的電活動[49]。

3.3 微環(huán)境對組織工程產(chǎn)物的影響

細(xì)胞微環(huán)境對細(xì)胞的增殖、分化及代謝起著十分重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，在梗死后心臟缺血缺氧微環(huán)境中，心肌旁分泌的活性因子對心肌修復(fù)具有至關(guān)重要的作用。這些細(xì)胞因子能促進(jìn)炎癥發(fā)生，如促炎癥因子IL-1、TNF、IL-6 和IL-18。炎癥發(fā)生對梗死修復(fù)有利有弊，如下調(diào)腫瘤壞死因子（Tumor necrosis factor，TNF）的表達(dá)，梗死區(qū)域面積減小，白細(xì)胞浸潤降低，對心肌梗死的治療起到積極作用。但時，也有研究發(fā)現(xiàn)，TNF 缺乏時，心肌缺血性損傷更加明顯，細(xì)胞凋亡同時增多，進(jìn)一步加重心梗病情的發(fā)展[50]。雖然心肌梗死后細(xì)胞微環(huán)境的變化及其作用機制尚未完全清楚，但可通過對細(xì)胞因子表達(dá)的控制來促進(jìn)梗死心臟的修復(fù)。

4 總結(jié)與展望

目前，利用組織工程心肌補片治療心梗最主要的問題仍是細(xì)胞黏附和存活率問題。心肌補片治療方式雖移植了大量心肌細(xì)胞，但最終能存活下來并發(fā)揮作用的細(xì)胞與梗死區(qū)域的需求存在較大差距。此外，天然支架和聚合物支架各有優(yōu)勢，為了更好地在補片中發(fā)揮作用，多種材料的復(fù)合支架似乎是未來支架材料的良好選擇。因此，選擇合適的細(xì)胞支架不僅要充分考慮支架的優(yōu)良性能，還要考慮影響心肌補片在體內(nèi)外發(fā)揮作用的各種因素及相關(guān)作用機制。此外，如何保證在細(xì)胞培養(yǎng)分化移植等過程中的無菌操作、采取何種方法進(jìn)行移植，以及移植后如何對移植的細(xì)胞進(jìn)行檢測和實時監(jiān)控等問題都亟待解決。由于上述問題還未得到充分解決，目前對于心肌梗死組織工程治療的臨床試驗還主要停留在細(xì)胞注射階段[51]，暫無臨床研究證實心肌補片治療心梗的有效性。要實現(xiàn)通過組織工程心肌補片對心梗進(jìn)行治療，許多方面還需要更深層次的研究。