左为叶晓峰，右为游正伟（来源：受访者）他们都美国时并不认识，却在回国后因为一封邮件展开了多次合作。近日，他们的新合作以论著形式在NatureMedicine发表，标题为《一种可改善心脏功能及促进组织修复的可灌注多功能心外膜装置》（Aperfusable,multi-functionalepicardialdeviceimprovescardiacfunctionandtissuerepair）。叶晓峰、医院副院长赵强教授担任共同通讯作者，医院参加住院医师规范化培训的*世兴、和东华大学材料科学与工程学院雷东博士为论文共同第一作者。图
相关论文（来源：NatureMedicine）为维持正常生命活动，心脏需持续不断地跳动，大约每分钟70次，每天10万余次。因此，心肌补片用修复材料必须拥有优异的弹性，以及与之相匹配的力学性能。同时，对维持心肌的正常生理功能来说，血液的供给尤为重要。图
逐渐递增的疗效（来源：NatureMedicine）心肌在损伤后如何快速重构物质交换通道，并促进血管再生一直是心梗治疗的一大难题，也是整个组织工程领域面临的共性挑战。其次，心肌自身修复能力非常有限，如何有效递送生物活性物质也是促进修复的关键，而这也是他们开启本次研究的初衷。可灌注的多功能心外膜装置PerMed据悉，PerMed可改善梗死心肌左室重构，还可通过促进血管再生、改善局部微循环以及促进心肌修复来改善心脏功能。从结构上来说，PerMed由可生物降解的弹性补片（下称“弹性补片”）、可渗透的多级微通道网络（下称“微通道网络”）和微泵组装而成，并由基体材料聚癸二酸甘油酯（PGS，poly（glycerolsebacate））弹性体提供力学支撑。据游正伟和雷东介绍，弹性补片由PGS和生物材料聚己内酯，按照一定比例复合后制成，它具有良好的生物降解性和弹性，这种仿生弹性能很好地和跳动的心脏相匹配。微通道网络，是一种仿生血管网络支架，由生物材料聚己内酯和明胶复合制备，其采用游正伟团队发明的3D打印焦糖化牺牲模板法间接加工而成，它可用于促进血管再生、并诱导修复性细胞浸润；而微泵系统则用于控释生物活性物质。图
支架的灌注效果（?来源：受访者）概括来说，PerMed具有多级仿生血管网络结构，包括个性化定制的宏观框架结构，相互连通的可灌注管道网络，以及可支持管道内外物质交换的微孔管壁。图
装置示意图（来源：NatureMedicine）仿生血管网络的设计，是游正伟在美国做科研时就萌生的想法，年在东华大学建立团队时，依托纤维材料改性国家重点实验室，他马上就开始探索，而雷东作为游正伟的第一批博士，具体负责了其研发过程，并和叶晓峰主任医师团队合作，验证了其促进物质交互和血管再生的功能。此外，弹性补片作为上层物，覆盖在微通道网络表面，来提供足够的力学支撑，防止缺血后纤维化心肌的进一步扩张，可改善左心室的射血分数等心脏功能。此外，弹性补片还具有“盖子”的作用，能使微通道网络中的中药物、或生长因子溶液“限域”在目标心梗区域。而微通道网络则作为下层贴合在心外膜表面，它可提供药物、或生长因子在心肌缺血区域的灌注和均匀分布，并能引导血管网的新生和修复性细胞的浸润。通过动物实验，发现PerMed可改善心室功能研究中，在给大鼠开胸后，他们把PerMed植入到大鼠心肌梗死的心外膜中，结果发现大鼠的心室功能可得到改善。图
大鼠实验（来源：NatureMedicine）改善的具体过程如下，PerMed系统中的微泵可按照一定速率、稳定地输出药物或生长因子，并通过硅胶管到达微通道网络层，这时微通道网络可起到蓄水池作用，通过其亲水性的分支管道网络和渗透性管壁，来把生长因子或药物稳定均匀地定向输送到心肌缺血区域。图
猪实验（来源：NatureMedicine）大鼠实验之后，他们又在猪身上做实验，这次则采用微创手术的办法进行植入，并验证出PerMed在腔镜辅助微创外科植入方面具备一定可行性，这也为PerMed的临床转化提供了可能。图
心外膜辅助装置组成及应用示意图（来源：NatureMedicine）基于弹性补片良好的弹性、和微通道网络的多孔性，PerMed还可被折叠或卷缩放入小口径的医用管道中，然后通过微创手术放入到心脏表面。相比常规开胸手术中利用缝合手段、将心脏补片缝合在心脏表面的方法，PerMed爪型固定器的“勾爪”上有微小的“倒刺”结构，因此可将PerMed稳定固定在目标心梗区域，相比传统缝合法更加简便和快捷。?图
PerMed工作过程（来源：受访者?）??叶晓峰告诉DeepTech，PerMed包括了力学、血管生成、给药等多元素。植入受体以后，心肌梗死周围的血管会慢慢长入下层多孔微通道网结构中，长入以后就会产生较多的新生血管。心梗以后，心脏局部比较薄弱，因此弹性补片主要用于提供力学支撑，里面微通道网络主要是给血管生成增加局部血供，以上是单纯地把PerMed植入后，可对心肌产生的作用。另一方面是给药，本次研究中递送的生长因子主要用于促进血管的成熟。图
PerMed相关设计流程（来源：NatureMedicine）本次论文一作*世兴则总结称，PerMed的主要作用有三，其一是提供力学支持，即在扩张的心肌外边盖一层装置，这样可给到一定的物理力学作用，从而去限制心脏左心室的扩张，从而实现延缓心衰的目的；其二PerMed的可灌注可渗透的多通道多孔结构，能改善局部的血供。这样一来，局部缺血的心肌就可得到更多的血液供应和营养，从而减少心肌细胞的凋亡，并实现进一步改善心衰；其三药物缓释的作用，PerMed装置后面有一个管道，可进行持续给药，这样可避免全身给药，也可降低药物剂量、减少药物副作用。再就是还可以直接作用于心肌表面，对心肌的作用也会更明显。真正投入临床应用还需更久时间对于本次研究，该团队表示这是一种心脏局部的“精准”治疗。谈及“精准”，叶晓峰表示，肿瘤领域有很多靶向治疗，即专门针对某个肿瘤细胞，这是医疗上常见的精准。而本次研究的“精准”主要是聚焦在心脏的局部治疗，因为递送进去的药物主要作用在心脏局部，因此是一个相对靶向的治疗。此前传统心脏治疗方面，尚未有这类探索，基本处于空白。此前主要是口服给药或者静脉给药，基本很少有局部的给药。说到PerMed植入受体后，是否有排异反应，*世兴表示，任何植入肯定会导致机体的排斥，但PerMed中使用的材料其排异反应比较低，不会影响整个机体的正常运转。但PerMed距离真正的临床应用仍有一段距离，当然该团队也在抓紧做进一步研究，后期他们将进一步开展PerMed在大动物（猪）的心梗模型上研究，以验证治疗心梗的有效性。此后会再进行临床实验，预计真正投入临床试验大约需要更长时间。图
PerMed的临床应用示意图（来源：NatureMedicine）跨越海内外、连续数年的合作而本次合作要从叶晓峰在美国工作时说起，博后研究期间他曾在RobertLanger实验室做组织工程心肌工作。年，叶晓峰结束博后研究回国，当时想在国内继续这方面的研究，但此时医院并成为临床医生的他，非常缺乏具备材料背景的合作者。于是，他想到了游正伟，游正伟的导师是康奈尔大学生物医学工程学院终身讲席教授王亚冬，而王亚冬也曾在RobertLanger实验室做过研究。本次研究中用到的PGS基体材料弹性体，最早出现在王亚冬于年在RobertLanger实验室期间发表的论文中，该材料也属于最早一批引入到组织再生领域的可降解弹性体。图
相关实验数据（来源：NatureMedicine）叶晓峰还在RobertLanger实验室时，主要是利用PGS构建组织工程心肌，王亚冬也曾去RobertLanger实验室做过一个和PGS材料相关报告。在游正伟回国后，此时也已回国的叶晓峰，联系上前者并就PGS材料进行合作。合作中，游正伟主要负责提供弹性补片和微通道网络，再结合叶晓峰这边的微泵便形成了PerMed，赵强教授则在实验方面给予了大力支持和指导。叶晓峰表示，未来他希望和企业合作，来将该成果进行转化。据《中国心血管健康与疾病报告》显示，年中国心力衰竭的患病率为1.3%，相比年增加44.0%，目前中国大约有心力衰竭患者万。如果PerMed可投入临床应用，必将惠及万千家庭。-End-参考：