一種設計用於透過血液循環的生物材料，可能提供一種侵入性較小的方式來抑制發炎並幫助受損組織自我修復。在動物研究中，這種可注射的材料改善了心臟病發作在囓齒動物和大動物中造成的組織損傷。早期的概念驗證實驗也顯示，相同的方法有一天可能對其他由發炎驅動的疾病有用，包括創傷性腦損傷和肺動脈高壓。

加州大學聖地牙哥分校生物工程學教授、開發該材料團隊的首席研究員 Karen Christman 表示：「這種生物材料能夠從內部由外而內地治療受損組織。這是再生工程的一種新方法。」

這項研究成果於 2022 年由 bioengineers 和醫師團隊發表在 Nature Biomedical Engineering 期刊上。當時 Christman 表示，一項測試該生物材料安全性與有效性的人體研究可能在未來一到兩年內開始。

修復心臟損傷的新途徑

心臟病發作仍然是美國最嚴重的醫療緊急情況之一，每年估計有 785,000 例新病例。當血液流向心臟受阻時，心臟組織可能會受損或死亡。身體會透過形成疤痕組織來應對，但這種疤痕不像健康的心肌那樣會收縮。隨著時間的推移，這會削弱心臟並導致充血性心臟衰竭。

目前沒有已確立的療法可以直接修復心臟病發作後的心臟組織。現有的照護重點是恢復血流、限制進一步損傷以及管理未來心臟問題的風險。

加州大學聖地牙哥分校心臟內科的醫師 Dr. Ryan R. Reeves 表示：「冠狀動脈疾病、急性心肌梗塞和充血性心臟衰竭持續是影響我們社會的最沉重的公共衛生問題。作為一名介入性心臟科醫師，我每天都在治療冠狀動脈疾病和充血性心臟衰竭的患者，我希望能有另一種療法來改善患者的預後並減輕使人衰弱的症狀。」

從心臟水凝膠到血液輸注

這項工作建立在 Christman 團隊先前研究的基礎上，該研究涉及一種由心肌組織的天然支架（也稱為細胞外基質，ECM）製成的水凝膠。該水凝膠被設計成透過導管直接輸送到受損的心肌中。一旦就位，它就會形成一個支持結構，鼓勵細胞生長和組織修復。

先前水凝膠方法的成功第一階段人體臨床試驗結果於 2019 年秋季發表。該試驗發現，對於左心室功能障礙的心臟病發作後患者，經心內膜注射 VentriGel（一種心臟細胞外基質水凝膠）是安全且可行的，儘管需要更大規模的隨機研究來測試其是否能改善預後。

然而，直接注射法有一個重要的限制。由於它需要透過針頭注射到心肌中，因此通常無法在心臟病發作後立即使用。過早給藥可能會增加額外的損傷風險。

這個挑戰促使研究人員轉向一個不同的想法：一種可以在心臟血管手術（如血管成形術或支架置入術）期間輸注到血管中，或透過靜脈注射給藥的生物材料。

該論文的第一作者 Martin Spang 表示：「我們試圖設計一種生物材料療法，可以輸送到難以到達的器官和組織，我們想出了利用血液循環的方法——這些血管已經為這些器官和組織供應血液。」Spang 在 Christman 的團隊中獲得了生物工程學博士學位。

基於血液循環的方法為生物材料帶來了主要的實際優勢。它不像只停留在幾個注射部位，而是可以更均勻地擴散到受損組織中。這使得它在心臟病發作後特別有價值，因為受損區域可能難以直接到達，而且時間至關重要。

Nature Biomedical Engineering 研究將該材料描述為一種血管內輸注的細胞外基質生物材料，由去細胞化、酶解和分級的室壁心肌製成。該材料的設計是透過與滲漏的微血管結合來定位到受損組織，並在大約三天內被大部分降解。

為了創建可注射版本，Christman 實驗室的研究人員從他們已經開發並測試過與血液注射相容性的水凝膠開始。問題在於顆粒大小。原始水凝膠中的顆粒太大，無法有效靶向受損、滲漏的血管。

Spang 透過在離心機中處理水凝膠的液體前體解決了這個問題。這使得團隊能夠分離出較大的顆粒，只保留奈米級顆粒。然後對材料進行透析、無菌過濾和冷凍乾燥。當無菌水添加到最終的粉末中時，它就變成了一種可以靜脈注射或輸注到心臟冠狀動脈的生物材料。

當研究人員在心臟病發作的囓齒動物模型中測試該生物材料時，他們預期它會穿過滲漏的血管進入受損組織。心臟病發作後，內襯血管內壁的內皮細胞之間可能會形成間隙。

相反，團隊看到了更令人驚訝的結果。該生物材料附著在這些內皮細胞上，幫助閉合了間隙，並似乎加速了血管的癒合。這個過程減緩了發炎，這是損傷後組織損傷的主要驅動因素之一。

研究人員隨後在豬的心臟病發作模型中測試了該療法，並看到了類似的結果。在誘導急性心肌梗塞後進行冠狀動脈內輸注的大鼠和豬中，該生物材料與左心室體積減小、心壁運動評分改善以及與組織修復和發炎相關的基因表達變化有關。

儘管大部分工作集中在心臟病發作損傷上，研究人員也測試了相同的生物材料是否能靶向其他發炎組織。在大鼠模型中，他們發現概念驗證表明該方法可能對創傷性腦損傷和肺動脈高壓有用。

這種更廣泛的潛力是這項工作中最引人入勝的部分之一。許多器官和組織難以直接接觸，但所有器官和組織都由血管供應。如果一種生物材料可以利用這些血管作為遞送途徑，再生醫學就有可能治療那些難以治療的損傷。

Spang 表示：「雖然這項研究的大部分工作涉及心臟，但治療其他難以到達的器官和組織的可能性可以開拓生物材料/組織工程領域，用於治療新疾病。」

2022 年研究後的進展

自原始研究以來，相關工作持續探索細胞外基質生物材料如何影響心肌梗塞後的修復。包括 Christman 在內的研究人員於 2025 年在 Nature Communications 期刊上發表了一項研究，利用空間轉錄組學和單核 RNA 定序來檢查可注射細胞外基質生物材料如何影響心肌梗塞後的心臟組織。該研究在大鼠模型中發現了涉及免疫調節、血管和淋巴管發育、纖維母細胞活化、心肌挽救、平滑肌細胞增殖和神經發生的促進修復信號。

後續的研究並未取代對血管內生物材料進行臨床測試的必要性，但它增加了關於這類心臟細胞外基質療法如何在受損心臟的細胞和區域層面影響癒合的細節。

Christman 共同創立的初創公司 Ventrix Bio, Inc. 也持續推進相關的心臟細胞外基質技術。ClinicalTrials.gov 上關於 VentriGel 的列表描述了一項由艾默里大學贊助的針對左心室發育不全兒童的開放標籤第一階段研究，旨在評估 Ventrix Bio 細胞外基質材料心肌內注射的安全性和可行性。訪問時該列表尚未招募。

Christman 和 Ventrix Bio 已計劃尋求 FDA 授權，以研究較新的血管內生物材料用於人類心臟疾病。如果獲准進行臨床測試，該療法需要證明其安全、易於遞送且有效到足以改善患者預後。

目前，該療法仍處於實驗階段。但其吸引力顯而易見：它不需要直接注射到心肌中，而是可以透過現有的血管手術或靜脈注射來遞送，從內部到達受損組織。

Dr. Reeves 表示：「我們治療嚴重冠狀動脈疾病和心肌梗塞的主要原因之一是預防左心室功能障礙和發展為充血性心臟衰竭。這種易於給藥的療法有潛力在我們的治療方法中發揮重要作用。」