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纳米技术如何变革心血管疾病治疗?

来源:本站原创 2020-03-15 17:03

2020年3月15日讯 /生物谷BIOON /——心血管疾病(CVDs)是全球第一大死亡原因。根据世界卫生组织(WHO)的数据,每年死于心血管病的人比死于其他原因的人要多--2016年估计有1790万人死于心血管病,占全球死亡人数的31%。在这些死亡中,85%是由于心脏病发作和中风

密歇根州立大学精准健康项目助理教授Morteza Mahmoudi表示:"在各种治疗进展中,再生医学纳米技术已经证明了在动物模型中抢救或再生受损心脏组织的巨大能力。纳米生物材料的优越特性已经在开发各种组织工程应用的心血管工程结构方面的显示出巨大潜力。为了开发高效的基于纳米技术的人类再生医学平台,临床医生和工程师必须对这两个领域的问题、挑战和机遇达成更广泛的共识。"

Mahmoudi是最近的一篇发表在《Chemical Reviews》上的综述文章的资深作者,这篇文章题为"Nanoscale Technologies for Prevention and Treatment of Heart Failure: Challenges and Opportunities",从临床医生和工程师们提供了一个关于缺血性心血管疾病的关键特性(即血液供应组织的限制)、心脏纳米技术和新兴纳米医学领域的发展趋势的综合分析。

这篇综述讨论了纳米技术在解决当前心脏诊断和治疗方法临床应用的挑战和局限性方面的潜在应用。

图片来源:Chemical Review

Mahmoudi指出:"高效心脏再生疗法的发展需要联合和协调多个领域,包括心脏病学、细胞和分子生物学、生物化学和化学、机械和材料科学等。在这篇论文中,我们打算填补心脏病学家和再生纳米医学专家之间的知识鸿沟。建立这一多学科知识库可能有助于为开发新的、更安全、更有效的方法铺平道路,使医学界能够降低心力衰竭患者的发病率和死亡率。"

作者列出了纳米技术可能有助于在心力衰竭领域克服的主要临床挑战,并讨论了相关的基于纳米技术的方法:

血液中心脏衰竭标志物的可靠鉴定

我们的血浆中含有超过10000种蛋白质,但是在血浆蛋白质组中99%的蛋白质是由几十种蛋白质组成的。这意味着,对血浆中含量极低或罕见的疾病特异性蛋白/生物标记物的可靠鉴定是当前蛋白质组学方法的挑战。因此,临床诊断的关键挑战之一是检测出没有假阴性和/或假阳性错误的心衰生物标志物

预测心脏损伤的长期影响

心脏损伤程度及其对心功能的长期影响的识别和鉴别具有重要的临床意义。这是因为,在某些情况下,心肌梗死只会引起轻微的损伤,对心脏功能的不良影响最初可忽略不计。与临床预期相反,在这些患者中有一小部分在最初治疗后长期观察到心脏功能的大量下降(例如,最早几个月)。虽然确定在较长时间内存在进一步心脏损害风险的患者具有临床意义,但目前尚无有效的诊断方法来明确这些患者的亚群。

将治疗分子和/或细胞导入受损的心肌

治疗分子和/或细胞必须被输送到"休克"心肌或心脏组织短暂的缺血后出现功能障碍的部分。休克区受损心肌细胞在心力衰竭过程中具有独特的功能恢复能力。因此,靶向传递治疗分子和/或细胞可以使临床医生最小化疤痕组织,最大化心脏功能。然而,目前的临床策略仅提供有限的成功靶向递送治疗生物系统。

低治疗性细胞保留和心肌移植

细胞治疗在心力衰竭时恢复心肌组织方面显示出巨大的潜力。理论上,治疗细胞可与受损心肌细胞结合,释放治疗旁分泌因子,使受损心肌再生愈合。然而,到目前为止,细胞治疗方法的临床前和临床试验发现,对宿主心脏组织的保留和移植率较低。

患者特异性成熟功能心肌细胞

免疫系统在细胞排斥中的作用是治疗性细胞保留和移植率低的主要原因之一。开发患者特异性心肌细胞被认为是克服这一问题的有效策略。患者特异性心肌细胞主要由人多能干细胞(hipsCs)分化产生。然而,这一过程受到所产生细胞成熟度低的困扰,不仅降低了其治疗效果和与宿主组织的融合,还会产生一些严重的副作用,如心律失常。

强大的治疗细胞体内监测

临床监测治疗性细胞对探索治疗性细胞的命运具有重要意义。目前临床策略的敏感性和特异性不足以在治疗过程中监测治疗细胞。

再灌注损伤

再灌注损伤的典型表现为血管、心肌或电生理功能障碍,其原因是血流回流到缺血组织。当流入心肌细胞的血液由于冠状动脉的阻塞而中断时,一系列的动作会导致细胞损伤和死亡。在严重心肌梗死的背景下,研究表明再灌注损伤占最终心肌损伤的50%。

图片来源:Chemical Review

正如作者所指出的,尽管心脏纳米技术领域正在呈指数级发展,尽管有有趣的体外和体内研究报告(使用大量的小型和大型动物),但它们的成功临床转化仍然难以实现。

Mahmoudi说:"纳米医学领域在很大程度上忽视了存在于体外和体内微环境中的因素,而没有充分理解纳米生物界面,这导致对纳米颗粒在人体中的命运和安全性的估计精度降低。我们和其他人已经做出了很大的努力,主要是通过在纳米-表面界面识别和描述以前被忽视或未知的因素来纠正当前文献中的误解。"

该团队的结论是,在临床医生、生物工程师和纳米技术专家之间建立牢固的桥梁,对于该领域指导研究战略制定谨慎的计划,而不是通过零散的报告,这是至关重要的,可以解决主要的未满足的临床需求。

正如这篇综述所描述的,纳米技术在心力衰竭中的许多潜在应用仍然没有得到很好的应用。这是由于不同领域的专家之间缺乏有效的沟通。

作者强调心脏病学科学家和纳米科学家之间的有效沟通和协作是精确预测生物纳米材料的体内命运、安全性和治疗效果所必需的,这些都有助于实现纳米技术的临床转化。(生物谷Bioon.com)

参考资料:



【3】Javad Hajipour et al. Nanoscale Technologies for Prevention and Treatment of Heart Failure: Challenges and Opportunities  Chem. Rev. 2019, 119, 21, 11352-11390 Publication Date:September 6, 2019 https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.8b00323
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