细胞外基质（ECMs）生物材料为组织工程支架和再生医学等领域提供了新的策略。ECM可以通过酶解加工成可诱导的水凝胶，注射到组织中进行微创给药。这些可降解水凝胶具有促生存、免疫调节和促进血管形成等一系列促进再生的功能。
目前的ECM生物材料仅限于手术植入的贴片或局部注射，由于其物理特性，无法进入损伤或疾病部位的渗漏内皮层的缝隙中。这导致ECM难以快速均匀输送到受伤部位，而且不适用于常规技术植入困难的组织，如心脏、大脑和肺等。
基于这一挑战，加州大学圣地亚哥分校Karen L. Christman教授团队开发了一种可用于血管内输注的ECM生物材料，并证明了其在急性心肌梗塞、脑外伤和肺动脉高压的动物模型中修复组织的安全性和可行性。相关成果以“Intravascularly infused extracellular matrix as a biomaterial for targeting and treating inflamed tissues”发表于最新一期Nature Biomedical Engineering。
【文章要点】
可血管输注的细胞外基质生物材料（iECM）
可血管输注的细胞外基质生物材料（iECM）由去细胞化、酶解和分离的心室心肌组成，通过与渗漏的微血管系统结合定位于受损组织，并在大约 3 天内大量降解。该材料以脱细胞心肌ECM水凝胶为原材料，去除高分子量肽/蛋白质等大的亚微米颗粒，使其能通过急性损伤或者炎症部位渗漏的血管间隙。经过人体血液进行测试，iECM具有血液相容性。
图一、iECM的制备以及体系结构
iECM 与受损的内皮细胞结合
与海藻酸盐等材料不同，iECM包裹或填充在泄漏的血管内皮细胞层的缝隙中，而不是穿过缝隙进入受伤组织。组织学显示，该材料在内皮细胞之间被观察到，使用体外模型，可以发现该材料与受伤和发炎的人类内皮细胞结合，尤其是在底层ECM已被暴露的区域。研究进一步发现，iECM不仅能在输液后立即物理性地阻断泄漏血管的缝隙，而且还能在其降解时帮助加速血管的愈合和闭合。在体外还发现iECM在较低的剪切率下会增加血小板的粘附性，这也可能帮助体内的血管愈合。
图二、iECM 与受损的内皮细胞结合并促进体外血小板粘附
iECM 在动物模型中的应用
选择了三种临床前模型来观察渗漏血管系统的不同情况，分别是急性心肌梗塞（MI）、脑外伤和肺动脉高压，它们代表急性和慢性损伤，同时还涵盖缺血性、创伤性和压力过载损伤。在所有模型中，iECM 靶向分布至受伤组织，表明需要渗漏的血管系统使得材料停留。在大鼠急性MI模型中，iECM 显着降低了左心室容积，收缩末期容积和舒张末期容积。而在大型动物猪的急性MI模型中，左心室壁厚度显着降低，表明水肿可能减少，整体室壁运动指数评分也得到改善。
图三、iECM在大鼠急性MI模型中显著改善心肌梗塞后心脏功能
【小结】
这项研究开发了一种新型可用于血管输注的ECM材料，展示了通过血管内靶向输送 iECM到血管渗漏的受伤和患病组织的可行性。这一材料在急性心肌梗塞、脑外伤和肺动脉高压模型中具有广泛的适用性，且具有血液相容性，没有发现栓塞的证据，表明该材料可以安全地输送到血管内。在大鼠和猪的急性心肌梗塞诱导下，向冠状动脉内注入该生物材料，观察到左心室体积大幅减少，室壁运动评分改善，以及与组织修复和炎症有关的基因差异表达。伤后通过血管内输注提供有利于愈合的细胞外基质，可为具有渗漏血管系统的受伤组织愈合提供解决方案。
【作者简介】
Karen L. Christman，加州大学圣地亚哥分校生物工程系教授。2000年在西北大学获得生物医学工程学士学位，2003年在加州大学旧金山分校和伯克利分校联合生物工程研究生小组获得博士学位，之后成为美国国立卫生研究院的博士后研究员，于2007年入职加州大学圣地亚哥分校。她的实验室专注于开发用于组织工程和再生医学的新型生物材料，主要目标是开发新型的心血管疾病微创疗法。她同时也是Ventrix公司的联合创始人。
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原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41551-022-00964-5
来源：BioMed科技
