生物材料助力逆转心脏衰老

Biomaterial helps to reverse aging in the heart

使用一种实验室培育的材料，新加坡国立大学（NUS）的研究人员揭示了心脏衰老的部分影响可能被减缓甚至逆转的可能性。他们的研究发现已发表在《自然材料》期刊上，这可能为通过改变心脏细胞的外部环境（而非心肌细胞本身）来恢复心脏活力的疗法打开大门。

研究团队聚焦于细胞外基质（ECM）——围绕和支持心肌细胞的复杂框架。这种由蛋白质和其他成分组成的网状支架将细胞固定在适当位置，并发送化学信号以指导细胞的功能。

随着心脏老化，ECM变得更僵硬，其生化组成也发生变化。这些变化可能触发心肌细胞的有害活动，导致瘢痕形成、弹性丧失和功能下降。

“大多数关于衰老的研究都集中在细胞随时间的变化上，”团队负责人助理教授Jennifer Young说道。“我们的研究则着眼于ECM，以及这种环境的变化如何影响心脏衰老。”

据博士生Avery Rui Sun介绍，由于物理僵硬度和生化信号通常同时发生，因此很难确定哪一个在推动心脏衰老中起更大的作用。为了调查这一点，研究团队开发了一种名为DECIPHER（去细胞化原位聚丙烯酰胺水凝胶-ECM混合物）的混合生物材料，它通过结合天然心脏组织与合成凝胶，能够精确模拟ECM的僵硬度和组成。

“DECIPHER平台……使研究人员能够独立控制呈现给细胞的僵硬度和生化信号——这是以前任何使用天然组织的系统都无法做到的，”Sun表示。

当研究团队将老化的心脏细胞置于模仿“年轻”ECM信号的DECIPHER支架上时，他们发现即使材料仍然僵硬，细胞也开始表现得更像年轻的细胞。进一步研究显示，这涉及数千个与衰老和细胞功能相关的基因活动的变化。相比之下，将年轻细胞放置在“老化”ECM上时，即使支架柔软，它们也开始表现出功能障碍的迹象。

“这向我们表明，围绕老化心脏细胞的生化环境比僵硬度更重要，而年轻细胞会同时接收两种信号，”Young说道。

“即使组织非常僵硬，如老化心脏中常见的情况，‘年轻’生化信号的存在足以将老化细胞推向更健康、更具功能性的状态。这表明，如果我们能找到方法在老化心脏中恢复这些信号，就有可能逆转部分损伤并改善心脏的功能。”

“另一方面，对于年轻的心脏细胞，我们发现较高的僵硬度会导致它们过早‘衰老’，这表明如果针对ECM老化的特定方面进行干预，我们或许能够减缓或预防心脏功能障碍的发生。”

尽管这项工作仍处于研究阶段，但研究人员表示，他们的发现为旨在通过靶向ECM本身来保护或恢复心脏健康的疗法开辟了新的方向。除了心脏之外，他们认为DECIPHER方法还可以应用于研究其他器官的老化和疾病，因为ECM在所有组织中的细胞功能中扮演着重要角色。

“许多与年龄相关的疾病都涉及组织僵硬度的变化——不仅限于心脏，”Young说。“例如，同样的方法可以应用于肾脏和皮肤组织，也可以用来研究纤维化甚至癌症等病症，其中机械环境对细胞行为起着重要作用。”

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