生物工程师探索主动脉瓣置换术后的心脏组织重塑

科罗拉多大学博尔德分校的工程师和来自科罗拉多大学安舒茨医学院纤维化研究和转化联盟(CFReT)的教师们合作开发了基于生物材料的心脏组织“模拟”，以测量患者对主动脉瓣膜置换手术的反应。为心脏组织手术后重塑自身提供了新的视角。

主动脉瓣狭窄（AVS），一种渐进的疾病，其特征在于心瓣组织加强和阻塞血流量来自心脏，被称为“无声杀手”，影响了12.4%的75岁以上人口，如果不进行治疗，死亡率可达2-5年。经导管主动脉瓣置换术(Transcatheter aortic valve replacement, TAVR)是一种将人工瓣膜置入阻塞部位的手术，近几十年来已被广泛、成功地采用。

对瓣膜置换术的生物学反应的详细情况仍不清楚，但这对于量化恢复质量、并发症风险和整体评估具有重要意义病人的结果。

在AVS疾病进展期间，称为成纤维细胞的组织特异性细胞转变为肌纤维细胞，其促进组织加强。研究人员对理解如何以及为什么，Tavr，肌纤维细胞恢复到更良性的成纤维细胞。

该研究的主要作者、科罗拉多大学博尔德分校化学与生物工程系的博士后研究员Brian Aguado博士说:“之前的研究表明，干预后心脏组织发生了显著的重塑。”“我们的假设是，也许在病人的血液中有生化线索，可以使肌成纤维细胞变回成纤维细胞。”

阿瓜多说，在实验室中模拟这样的转变是一回事，但新研究的关键在于获取血液样本从真正的AVS患者身上提取，然后使用生物材料复制心脏的微环境。

“心脏不是像培养皿那样由塑料制成的，”他说。“我们需要设计能够反映健康和患病瓣膜不同硬度的材料心脏组织。"

研究人员从AVS患者收集了血液血清样本，然后在TAVR前后程序和在定制的水凝胶环境中培养的心脏细胞，在TAVR之前和之后维持体内心脏病的近传真。

研究人员能够量化蛋白表达在患者血清中，识别TAVR后主动脉和心脏组织重塑和重建过程中与肌成纤维细胞失活相关的关键蛋白。

“我们的实验室专注于工程水凝胶，以模拟细胞外组织微环境，”Kristi Anseth博士说，他是化学和生物工程的杰出教授和精密生物材料IRT主任。“为这些研究开发的水凝胶系统使我们能够评估在人类血清中发现的患者特异性生化线索如何影响细胞表型。用传统的组织培养塑料材料是不可能实现我们针对患者的观察的。”

“细胞外基质蛋白过量沉积导致的心脏纤维化是一个大问题，”医学教授、CFReT主任蒂莫西·麦肯锡(Timothy McKinsey)说。CFReT是由科罗拉多大学医学院转化研究基金项目支持的一个项目。除此之外，纤维化还会导致心脏僵硬，削弱其放松的能力。我们对将目前的发现转化为心脏和血管纤维化疾病创新疗法的潜力感到兴奋。”

该研究还可能会导致未来的洞察于观察到的男女恢复的差异。以前的临床研究表明，男人似乎接受了更多的心脏组织新的数据发现，男性心肌细胞确实比女性细胞看到更明显的肌成纤维细胞逆转，尽管还需要进一步的研究来了解不同临床背景下的性别差异。

“我们对这些发现的广度感到有点吃惊，”Aguado说。“我们没想到瓣膜植入会对整个身体系统产生如此深远的影响。我们的工程模型和临床数据之间的联系支持了这一结论。”

Aguado说，总的来说，结果显示TAVR程序确实触发了有益的蛋白质反应，生物材料模型和临床样本可以为确定未来的治疗机会提供一个有用的桥梁。

“我们在工程疾病模型方面做得越来越好，但我们正处在一个十字路口，模型只能做这么多，”他说。“未来将依赖于使用患者样本和这些模型来更好地了解患者的疾病进展。通过与医生的合作，我们可以看到我们在实验室的进步如何转化为为患者确定更有效的治疗方法。”

这项新研究今天发表在该杂志上科学转化医学。

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