MIT研發(fā)定時釋放心臟貼片，心梗后精準遞藥，受損組織減少50%

（來源：MIT News）

心肌梗死（Myocardial infarction，簡稱 MI）依然是全球最緊迫的健康難題之一，盡管急性期的外科救治手段不斷進步，仍有數以百萬計的患者面臨長期心功能障礙。其核心挑戰(zhàn)在于：MI 之后的生物反應呈現出明顯的分階段特征，而現有多數療法僅能一次性釋放藥物，難以契合這一動態(tài)修復過程的節(jié)奏。

近日，麻省理工學院（MIT）的工程師們開發(fā)出一種可柔性貼敷于心臟表面的藥物遞送貼片，可在心臟病發(fā)作后促進心臟組織的愈合與再生。

這種新型貼片能夠攜帶多種藥物，并按照預設時間表分階段釋放。在對大鼠進行的實驗中，研究人員發(fā)現，這種治療方法可使受損心肌組織減少約 50%，并顯著改善心臟功能。研究團隊表示，如果未來獲準應用于人體，這種貼片有望幫助心梗患者恢復更多的心功能。

“當一個人經歷嚴重心臟病發(fā)作時，受損的心肌組織無法有效再生，導致心臟功能永久性喪失。受損的組織不會自行恢復。”麻省理工學院科赫綜合癌癥研究所首席研究員安娜·雅克勒內茨（Ana Jaklenec）說，“我們的目標是恢復這種功能，讓患者在心肌梗死后重新擁有一個更強大、更有韌性的心臟。”

該研究由麻省理工學院大衛(wèi)·H·科赫講席教授、科赫研究所成員羅伯特·蘭格（Robert Langer）共同領導，論文第一作者為前 MIT 博士后 Erika Wang。研究成果發(fā)表于 Cell Biomaterials。

程序化藥物遞送

心臟病發(fā)作后，許多患者會接受搭橋手術以改善血流，但這并不能修復受損的心肌組織。MIT 團隊希望研發(fā)一種可在手術中同步植入的貼片，既能穩(wěn)定附著于心臟表面，又能在隨后數周內持續(xù)、定時釋放藥物，促進組織修復。

為應對這一關鍵挑戰(zhàn)，他們開發(fā)了一種名為 TIMED（temporal intervention with microparticle encapsulation and delivery） 的系統。該混合型聚合物系統將多種載藥微粒嵌入水凝膠中，兼具優(yōu)異的機械性能與可控釋放特性，能夠在如心臟等動態(tài)手術環(huán)境中穩(wěn)定發(fā)揮作用。

通過改變聚合物分子量，研究人員可以精確控制微粒的降解速度，從而設定藥物釋放時間。此次實驗設計了三類降解速率不同的微粒，分別在植入后的第 1–3 天、第 7–9 天與第 12–14 天釋放藥物，實現有節(jié)奏的分階段治療。

第一階段在心梗后的急性期立即釋放neuregulin-1（成纖維細胞生長因子），用于細胞保護；第二階段在恢復期釋放VEGF（血管內皮生長因子），促進血管生成；第三階段在后期釋放GW788388，以防止過度纖維化，同時避免早期抑制必要的膠原形成。

（來源：Cell Biomaterials）

研究人員將這些微粒陣列式嵌入水凝膠薄膜中，材料由藻酸鹽與 PEGDA 兩種生物相容性聚合物組成，會在體內逐漸降解。貼片尺寸僅為數毫米，柔韌而牢固，類似隱形眼鏡。

改善心臟功能

人誘導多能干細胞（hiPSC）來源心臟組織模型大鼠急性心梗模型中，TIMED 系統均顯示顯著療效。

在體外模型中，TIMED 貼片使細胞存活率較低氧對照提高 1.5 倍；在大鼠模型中（涵蓋雌雄兩組），TIMED 植入后生存率較未治療組提高 33%，較靜脈注射組提高 17%；終點時射血分數（EF）與縮短分數（FS）均提高約 15%；梗死面積減少約 50%，顯示出強勁的組織再生與損傷修復能力。

這些功能性恢復效果與細胞治療、外泌體貼片及工程水凝膠在動物心梗模型中的表現相當。不同的是，TIMED 通過無細胞、程序化釋放的方式實現相似療效：在不同時間釋放促進存活、促血管生成與抗纖維化信號，改善收縮功能與心臟重塑。這表明，分階段給藥可作為替代復雜細胞治療的有效方案，在可制造性、穩(wěn)定性及安全性方面更具優(yōu)勢。

值得注意的是，TIMED 貼片顯著減少術后心包粘連，較對照組降低 69%。這一現象部分歸因于其調控 TGF-β 通路 的作用。膠原合成在早期修復中至關重要，但在后期過度表達會形成纖維帶或粘連。TIMED 在術后第二周釋放 TGF-β 抑制劑，有效抑制過度膠原沉積，既保證初期修復，又避免晚期粘連。

此外，TIMED 貼片在 4°C 條件下保存 1 個月后，蛋白質降解極低，機械性能保持初始強度的 85% 以上，封裝藥物活性保持 80% 以上，有助于臨床轉化，具備成為“即用型產品”的潛力。

其微制造工藝簡潔高效，可支持在單個聚合物貼片上實現重復給藥，預期將進一步改善長期康復效果，并降低多次手術帶來的高昂成本。

研究還發(fā)現，貼片會隨著時間逐漸降解，在一年內變成極薄的一層，不影響心臟的機械功能。

在此次研究中，neuregulin-1 和 VEGF 已在心臟疾病治療的臨床試驗中使用過，但 GW788388 目前僅在動物實驗中探索過。團隊正計劃在更具臨床相關性的環(huán)境中開展研究，包括缺血再灌注（IR）損傷模型和大動物實驗，以實現循序漸進的臨床轉化。

1.https://news.mit.edu/2025/new-patch-could-help-heal-heart-1104

2.https://www.cell.com/cell-biomaterials/fulltext/S3050-5623(25)00240-5