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Science子刊:经导管主动脉瓣置换术介导肌成纤维细胞失活,促进心脏重塑

来源:本站原创 2019-09-14 09:45

2019年9月14日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自美国科罗拉多大学安舒茨医学分校和科罗拉多大学博尔德分校的研究人员联手开发出基于生物材料的心脏组织“模拟物”来测量患者对主动脉瓣置换术的反应,从而为了解心脏组织在手术后进行自我重塑的方式提供了新的见解。相关研究结果发表在2019年9月11日的Science Translational Medicine期刊上,论文标题为“Transcatheter aortic valve replacements alter circulating serum factors to mediate myofibroblast deactivation”。
水凝胶上的心脏细胞,图片来自Brian Aguado。

主动脉瓣狭窄(aortic valve stenosis, AVS)是一种进行性疾病,其特征是心脏瓣膜组织硬化和心脏血流受阻,被称为“无声杀手”,影响12.4%的75岁以上人群,如果不加以治疗,死亡率范围为2~5年。经导管主动脉瓣置换术(transcatheter aortic valve replacement, TAVR)是一种将人工瓣膜放置于阻塞部位的方法,在近几十年来得到了广泛而成功的应用。

瓣膜置换引起的更广泛的生物反应的细节在很大程度上仍不为人知,但在量化恢复质量、并发症风险和评估总体患者预后方面仍有重要影响。

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成纤维细胞,从而促进组织硬化。这些研究人员有兴趣了解在进行TAVR之后,肌成纤维细胞如何以及为何恢复为更为良性的成纤维细胞。

论文第一作者、科罗拉多大学博尔德分校化学与生物工程系博士后研究员Brian Aguado博士说,“之前的研究已显示心脏组织在手术干预后发生巨大的重塑。我们的假设是患者血液中可能存在生化信号,这些生化信号可能让肌成纤维细胞返回到成纤维细胞。”

Aguado说,在实验室中模拟这种转变是一回事,但是这项新研究的关键是从真正的AVS患者获取血液样本,然后使用生物材料来复制心脏的微环境。

他说,“心脏不像皮氏培养皿那样由塑料制成。我们需要设计能够反映健康和患病的瓣膜和心脏组织不同僵硬度的材料。”

这些研究人员在进行TAVR之前和之后收集AVS患者的血清样本,然后在定制的水凝胶环境中处理体外培养的心脏细胞,从而在进行TAVR之前和之后近乎完整地重现体内心脏状况。

这些研究人员能够量化患者血清中的蛋白表达,鉴定与肌成纤维细胞失活相关的关键蛋白,这是因为主动脉和心脏组织在进行TAVR后进行自我重塑和重建。

论文共同通讯作者、科罗拉多大学安舒茨医学分校化学与生物工程系教授Kristi Anseth博士说,“我们的实验室专注于设计模拟胞外组织微环境的水凝胶。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信号如何影响细胞表型。我们使用常规的组织培养塑料材料不可能进行患者特异性观察。”

论文共同通讯作者、科罗拉多大学安舒茨医学分校纤维化研究与转化联盟主任Timothy McKinsey说,“因胞外基质蛋白过度沉积导致的心肌纤维化是一个巨大的问题。除此之外,纤维化导致心脏僵硬,削弱它的松弛能力。我们很高兴有潜力将我们当前的研究结果转化为开发针对心脏和血管系统纤维化疾病的创新疗法。”

这项研究还可能让人们在未来对男女之间的恢复差异有所了解。之前的临床研究已表明男性在进行TAVR后似乎经历了更多的心脏组织重塑,并且新数据发现相比于女性心脏细胞,男性心脏细胞确实经历更明显的肌成纤维细胞逆转,但是还需进一步研究以了解在各种临床环境下的性别差异。

Aguado说,“我们对这些发现的广度感到有些吃惊。我们原本认为瓣膜植入物不会对整个身体系统产生如此深远的影响。我们的工程模型与临床数据之间的关联性为这一结论提供了强大的力量。”

Aguado说,总体而言,这些研究结果表明TAVR确实引发了有益的蛋白反应,而且生物材料模型与临床样品一起可以为识别未来的治疗机会提供有用的桥梁。

他说,“我们在设计疾病模型方面的表现越来越好,但我们正处于模型只能做这么多的十字路口。未来将依赖于将患者样本与这些模型结合使用,以更好地了解患者的疾病进展。与临床医生合作,我们可以看到我们在实验室中的进步如何转化为为患者确定更有效的治疗方法。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

1.Brian A. Aguado el al. Transcatheter aortic valve replacements alter circulating serum factors to mediate myofibroblast deactivation. Science Translational Medicine, 2019, doi:10.1126/scitranslmed.aav3233.

2.Bioengineers explore cardiac tissue remodeling after aortic valve replacement procedures
https://medicalxpress.com/news/2019-09-bioengineers-explore-cardiac-tissue-remodeling.html
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