心脏病是一个重大的全球性健康问题 - 仅在美国，心肌梗塞每年影响超过一百万人，并且仍然没有有效的治疗方法。成年人的心脏在受伤后不能自我再生，心肌细胞(称为心肌细胞)的死亡不可逆转地削弱了心脏并限制了其抽血的能力。

研究人员已将重点转向用于心肌细胞置换和心脏功能恢复的干细胞移植，但研究表明，植入的干细胞难以存活并分化为心肌细胞以修复受损肌肉。当植入前干细胞分化为心肌细胞时，心脏功能得到改善，但并发症：植入的心肌细胞不与心脏同步收缩，从而导致潜在的致命性心律失常(心律异常)。

由生物医学工程教授Gordana Vunjak-Novakovic领导的哥伦比亚大学研究小组设计了一种创新的方法，通过应用心肌细胞分泌的细胞外囊泡而不是植入细胞来帮助受伤的心脏再生。研究，在线发表于“自然生物医学工程”杂志上的研究表明，来自人类多能干细胞的心肌细胞(依次来自少量血液样本)可能是一种强大的，尚未开发的治疗性微泡来源，可以对受损心脏进行安全有效的治疗。

细胞分泌的微泡很容易分离，可以长时间冷冻和储存。这种“现成的”产品与细胞疗法相比具有几个主要优点 - 1)它可以在急性护理环境中立即使用，不像可能需要数月才能分离和生长的细胞;2)它不会引起心律失常(通常在细胞移植时发生);3)临床应用的监管路径比基于细胞的疗法简单得多。

众多临床研究众所周知，大多数植入的干细胞在治疗后数小时内被冲走，但仍有益处。这导致了非正式的“肇事逃逸”假说，这意味着细胞在离开受伤部位之前会传递其调节分子的货物。“与这一假设一致，我们假设心脏细胞治疗的益处可能来自分泌的生物活性分子(如微小RNA)，而非细胞本身，”该研究的资深作者，大学的Vunjak-Novakovic说。哥伦比亚工程学院Mikati基金会教授，哥伦比亚大学Vagelos医师和外科医学院医学教授。“因此，我们探讨了在不使用细胞的情况下是否可以实现受损心脏细胞治疗的益处。通过这种方式，我们可以大大简化临床转化，避免与收缩细胞植入相关的心律失常负担。“

几乎所有细胞都分泌并摄取微小的细胞外囊泡，这些细胞充满了可以影响受体细胞的遗传信息。这些细胞外囊泡就像细胞一样自然地与身体内近邻和远近的邻居交流的字母。

“我们推断，心肌细胞将是驱动受伤心脏恢复的最佳分子来源，因为众所周知，这些细胞在组织工程模型中使用时可以形成肌肉，”该论文的共同主要作者Bohao Liu说。和哥伦比亚工程学院生物医学工程系的MD / PhD候选人。“我对我们有希望的结果感到非常兴奋，我相信无细胞疗法是朝着开发安全有效的心梗治疗方向迈出的一步。”

跨学科团队，包括生物工程师，临床医生和系统生物科学家，从成人干细胞中获得心肌细胞，培养这些细胞，使其分泌细胞外囊泡。由未分化的干细胞分泌的囊泡用于比较。然后研究人员使用新一代测序来阅读他们的信息和说明。他们发现来自心肌细胞的细胞外囊泡 - 但不是来自干细胞 - 包含非常强大的调节分子的心源性和血管生成微小RNA。

基于Vunjak-Novakovic生物材料和水凝胶实验室的专业知识，该团队将囊泡封装在基于胶原蛋白的贴片中，在大鼠心肌梗死模型中植入受伤心脏后，在四周内缓慢释放囊泡。研究人员监测心脏以测量血液泵血功能，并寻找任何心律失常的迹象。

Vunjak-Novakovic说：“我们非常兴奋地发现心脏细胞外膜囊泡处理的心脏不仅经历了更少的心律失常，而且还能最有效，最完整地恢复心脏功能。”“事实上，治疗四周后，用细胞外囊泡治疗的心脏功能与从未受伤的心脏功能相似。”

该团队计划接下来确定细胞外囊泡的性质随着来自多能干细胞的心肌细胞的成熟而变化多少，以及心肌细胞的最佳发育阶段或成熟水平将最大化治疗结果。他们还在探索本研究中观察到的治疗效果背后的具体机制。

“一旦我们更好地了解细胞外囊泡究竟是如何做的，”Vunjak-Novakovic补充说，“我们应该能够将其用于一系列心血管疾病，并显着推进无细胞心脏治疗领域。”