細胞外基質（ECMs）生物材料為組織工程支架和再生醫學等領域提供了新的策略。ECM可以通過酶解加工成可誘導的水凝膠，注射到組織中進行微創給葯。這些可降解水凝膠具有促生存、免疫調節和促進血管形成等一系列促進再生的功能。
目前的ECM生物材料僅限於手術植入的貼片或局部注射，由於其物理特性，無法進入損傷或疾病部位的滲漏內皮層的縫隙中。這導致ECM難以快速均勻輸送到受傷部位，而且不適用於常規技術植入困難的組織，如心臟、大腦和肺等。
基於這一挑戰，加州大學聖地亞哥分校Karen L. Christman教授團隊開發了一種可用於血管內輸注的ECM生物材料，並證明了其在急性心肌梗塞、腦外傷和肺動脈高壓的動物模型中修復組織的安全性和可行性。相關成果以「Intravascularly infused extracellular matrix as a biomaterial for targeting and treating inflamed tissues」發表於最新一期Nature Biomedical Engineering。
【文章要點】
可血管輸注的細胞外基質生物材料（iECM）
可血管輸注的細胞外基質生物材料（iECM）由去細胞化、酶解和分離的心室心肌組成，通過與滲漏的微血管系統結合定位於受損組織，並在大約 3 天內大量降解。該材料以脫細胞心肌ECM水凝膠為原材料，去除高分子量肽/蛋白質等大的亞微米顆粒，使其能通過急性損傷或者炎症部位滲漏的血管間隙。經過人體血液進行測試，iECM具有血液相容性。
圖一、iECM的製備以及體系結構
iECM 與受損的內皮細胞結合
與海藻酸鹽等材料不同，iECM包裹或填充在泄漏的血管內皮細胞層的縫隙中，而不是穿過縫隙進入受傷組織。組織學顯示，該材料在內皮細胞之間被觀察到，使用體外模型，可以發現該材料與受傷和發炎的人類內皮細胞結合，尤其是在底層ECM已被暴露的區域。研究進一步發現，iECM不僅能在輸液後立即物理性地阻斷泄漏血管的縫隙，而且還能在其降解時幫助加速血管的癒合和閉合。在體外還發現iECM在較低的剪切率下會增加血小板的粘附性，這也可能幫助體內的血管癒合。
圖二、iECM 與受損的內皮細胞結合併促進體外血小板粘附
iECM 在動物模型中的應用
選擇了三種臨床前模型來觀察滲漏血管系統的不同情況，分別是急性心肌梗塞（MI）、腦外傷和肺動脈高壓，它們代表急性和慢性損傷，同時還涵蓋缺血性、創傷性和壓力過載損傷。在所有模型中，iECM 靶向分佈至受傷組織，表明需要滲漏的血管系統使得材料停留。在大鼠急性MI模型中，iECM 顯着降低了左心室容積，收縮末期容積和舒張末期容積。而在大型動物豬的急性MI模型中，左心室壁厚度顯着降低，表明水腫可能減少，整體室壁運動指數評分也得到改善。
圖三、iECM在大鼠急性MI模型中顯著改善心肌梗塞後心臟功能
【小結】
這項研究開發了一種新型可用於血管輸注的ECM材料，展示了通過血管內靶向輸送 iECM到血管滲漏的受傷和患病組織的可行性。這一材料在急性心肌梗塞、腦外傷和肺動脈高壓模型中具有廣泛的適用性，且具有血液相容性，沒有發現栓塞的證據，表明該材料可以安全地輸送到血管內。在大鼠和豬的急性心肌梗塞誘導下，向冠狀動脈內注入該生物材料，觀察到左心室體積大幅減少，室壁運動評分改善，以及與組織修復和炎症有關的基因差異表達。傷後通過血管內輸注提供有利於癒合的細胞外基質，可為具有滲漏血管系統的受傷組織癒合提供解決方案。
【作者簡介】
Karen L. Christman，加州大學聖地亞哥分校生物工程系教授。2000年在西北大學獲得生物醫學工程學士學位，2003年在加州大學舊金山分校和伯克利分校聯合生物工程研究生小組獲得博士學位，之後成為美國國立衛生研究院的博士後研究員，於2007年入職加州大學聖地亞哥分校。她的實驗室專註於開發用於組織工程和再生醫學的新型生物材料，主要目標是開發新型的心血管疾病微創療法。她同時也是Ventrix公司的聯合創始人。
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原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41551-022-00964-5
來源：BioMed科技
