醫學

心臟血管再生

奈米纖維水膠與血管內皮生長因子的混合藥物,創造了一個適合血管生長的微環境,目前在動物實驗上已經成功使心臟血管組織再生!

撰文/鄭靜琪
審稿/謝清河(成功大學醫學院副教授)

醫學

心臟血管再生

奈米纖維水膠與血管內皮生長因子的混合藥物,創造了一個適合血管生長的微環境,目前在動物實驗上已經成功使心臟血管組織再生!

撰文/鄭靜琪
審稿/謝清河(成功大學醫學院副教授)

  台灣每年有40萬人死於心臟衰竭,其中大多是冠狀動脈硬化栓塞,血液無法流通,使周圍的心肌因缺少氧氣與養份而壞死,導致心肌梗塞。心肌梗塞後導致的受傷組織部位會慢慢形成傷疤,影響心臟功能。以往認為要修復心肌、讓心血管組織再生,是遙不可及的夢想,但如今再生醫學的新研究進展,已經打破了傳統認為心肌無法再生的觀念。


現今再生醫學研究進步,新型的混合藥物讓心臟血管組織再生不再是夢想,將造福心臟病患者。(影像來源:www.dreamstime.com)


  近10幾年來,醫學界嘗試把「血管內皮生長因子」(VEGF)注射到血管或心肌內,希望能促進血管新生。過去有許多研究把VEGF藥物單獨注射在受傷部位來進行人體臨床實驗,效果卻不如預期,原因是VEGF會隨著血液流散,無法有效作用在目標位置,甚至會引發其他器官的血管內皮層滲漏,造成全身性水腫。此外,也有人嘗試把VEGF與膠原蛋白混合,注射到受傷的組織,但是仍然在2~3天內就流失了。


  最近有一項研究突破,利用VEGF成功使動物的心血管再生。成功大學醫學院副教授謝清河首創把「自組裝胜肽奈米纖維水膠」(self-assembling peptide nanofiber, NF)與VEGF藥劑混合,在大鼠與蘭嶼迷你豬發生心肌梗塞之後,直接注射到心臟的受傷部位,結果成功誘發了動脈血管再生,這項研究結果發表在2012年8月8日的《科學.轉譯醫學》(Science Translational Medicine)。


  謝清河指出,自組裝胜?奈米纖維水膠技術已經有10多年的發展歷史,主要是利用胜肽合成儀,合成特殊的奈米級胜肽分子,一旦溶在生理溶液中,分子就會自己主動合成並聚集成胜肽奈米纖維水膠,這種水膠具有高度的生物相容性,經常用於醫療。謝清河團隊在實驗過程中,把胜肽奈米纖維水膠直接注射到豬的心肌中,不會引發明顯的發炎或免疫反應,而且可以維持在目標部位長達四個月,不會受到新陳代謝而降解流失,因此可以幫助維持受損心肌的機械強度,防止心室因為受傷組織形成的傷疤而變形、擴大。


  把VEGF藥物混合到胜肽奈米纖維水膠中,注射到受傷組織,即創造了一個適合血管生長的微環境,因為VEGF可以誘導血液中的自體骨髓幹細胞聚集到受傷的心臟部位,在動物實驗過程中,混合藥物注射到豬受傷心臟部位一週之後,就長出了新的微血管,接著心臟與血液中的間質細胞也會聚集過來,慢慢包覆新生的微血管外圍,最後在2~3週之內,長成新的動脈血管,此外,心肌也受到局部的修補。相較於其他沒有注射混合藥物的實驗動物,治療後的豬隻能夠恢復心臟收縮功能50%,同時改善心臟舒張功能70%以上,並且減少六成的梗塞面積,使微血管新生率提高三倍、動脈新生率提高五倍以上。



胜肽奈米纖維水膠有助維持心肌的機械強度,同時使血管內皮生長因子(VEGF)黏合在目標位置,誘導自體幹細胞聚集,長出新生的微血管,接著,間質細胞會聚集並包覆新生的微血管,最後長成新的動脈血管。(電腦繪圖:姚裕評)


  目前奈米纖維水膠與VEGF混合藥物的療法,是在動物發生心肌梗塞之後,在很短的時間內即注射到心臟的受傷部位,由於及早治療是心肌梗塞治療關鍵,未來如果要應用到人體身上,則必須在發生心肌梗塞之後的一週內,人體內幹細胞活動最旺盛的時期進行治療。未來2~3年,這套療法將展開人體臨床試驗,謝清河指出,混合藥物的注射方式可包括開胸手術、結合心導管注射或新穎的微創手術等,一旦試驗成功,心臟血管組織再生將不再是夢想。




血管內皮生長因子(VEGF)


  生長因子(growth factor)是生物體內不可缺少的功能與訊號蛋白質,能刺激細胞增殖、分化和成熟。當生長因子結合到目標細胞表面的特定受體上時,就能啟動或調節細胞的各類功能與活動。不同類型的細胞需要不同的生長因子來促進其生長,目前已經發現的生長因子有上百種,例如促骨生成蛋白(bone morphogenetic protein)可以誘導間葉幹細胞分化為成骨細胞,表皮生長因子(epidermal growth factor)可以促進表皮細胞增生。

  血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)則可與血管內皮生長因子受體結合,促進血管及淋巴管的生成與分化。血管新生主要發生於生物體的生長、發育與傷口癒合過程,而腫瘤生長或惡化時,也會有異常的血管新生。



自體骨髓幹細胞


  幹細胞(stem cell)是未分化的原始細胞,具有生成各種細胞、組織與器官的功能。哺乳動物體內的幹細胞,在發育過程中最早出現的是胚胎幹細胞,存在於囊胚中,屬於全能幹細胞,可以分化為身體中的各種細胞。而存在於成年動物各種組織與器官中的則是成體幹細胞,具有分化成特定功能細胞的能力,包括骨髓幹細胞、造血幹細胞、神經幹細胞等。


  如今,幹細胞已經可以用人工方式培養成特定的組織細胞,並運用在各種醫療用途。而謝清河團隊的研究中,促使心血管新生的則是存在於動物自身血液中以及受傷組織部位的骨髓幹細胞。





延伸閱讀

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〈幹細胞再出擊〉,蔡宙(Charles Q. Choi)撰文,《科學人》2007年3月號

〈終極血液檢查〉,任文駒(Philip Yam)撰文,《科學人》2006年7月號

〈誰來修補我的心〉,科恩(Smadar Cohen)、雷歐(Jonathan Leor)撰文,《科學人》2004年12月號

〈幹細胞的挑戰〉,藍札(Robert Lanza)、羅森塔爾(Nadia Rosenthal)撰文,《科學人》2004年7月號

心臟的告白,秦安(Ann Chin)撰文,《科學人》2012年7月號



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