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开发电活性材料以修复受损的心脏

华盛顿特区,2019年10月8日-发生心脏病发作时,心脏组织中的肌肉可能会结疤,干扰健康心脏功能所需的电活动。可以使用药物治疗来减轻进一步的损害,但是这些不会导致组织再生。曾尝试使用人造材料修补或重建受损零件,但直到最近才将工作重点放在正确的心脏手术所需的电特性上。

在本周AIP Publishing的APL Bioengineering中,研究人员回顾了将导电生物材料用于心脏修复和治疗的情况。研究人员考虑了使用这些材料的三种方式:制造可在其上再生心脏细胞的支架,制造导电膜以修复受损的组织,以及生产可注射的水凝胶以将药物运送至特定的心脏区域。

当心肌细胞收缩时,心脏就会跳动。心肌由精确定向的纤维组成,因此收缩以扭曲的方式发生。收缩是由来自称为窦房结的特殊细胞的电信号触发的。该信号通过心肌传播到心肌,除非它遇到疤痕组织。用作电绝缘体的疤痕可能会停止此信号,从而干扰收缩。

研究人员现在正在开发导电材料,以通过匹配天然心肌的电导特性来克服疤痕组织的这一问题。本文所审查的材料类型包括小管或碳板;微小的金属纳米粒子,通常是银或金;金属碳化物,包括广泛使用的碳化钛;以及掺杂有特殊物质的聚合物(塑料)可以导电。

引入体内的任何异物必须具有生物相容性,以避免短期和长期毒性。一些毒性问题是微妙的。例如,银纳米颗粒在递送至肺部时具有大小依赖性的毒性。对于许多此类材料,毒性(尤其是长期毒性)尚未得到评估。但是,其中一些物质可能会产生有益的作用。例如,某些称为MXene的金属碳化物可能具有抗炎作用。

合著者迈克尔·莫纳汉(Michael Monaghan)建议:“被称为PEDOT的聚合物可能最适合用于导电移植物或支架,因为它可以在没有不同支撑材料的情况下制成3D结构。研究人员还建议,通过在制备材料时更充分地纯化,可以防止PEDOT的某些毒性。需要进一步研究。

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