据美国物理学家组织网9月26日（北京时间）报道，美国波士顿儿童医院和麻省理工学院工程与材料专家通过纳米技术，用微细的金线制成了一种心脏补丁，大大提高了现有心脏补丁的导电性，其上的所有心肌细胞都能跳动。研究人员希望这种补丁能帮助修复心脏病发作造成的心肌组织坏死。该论文发表在9月25日的《自然•纳米技术》杂志网络上。
纳米线 - 海藻酸钠复合支架电镜扫描图像。
论文中介绍，在工程心脏组织中添加金线能增强其导电性，是对现有纳米补丁的改良。这种金纳米线平均30纳米粗，2微米至3微米长，肉眼几乎无法看到。经过培养之后，布满金线的补丁上的心肌细胞变得更厚，排列得也更有组织。用电流刺激细胞，会产生一个明显的电压峰值，相邻的心肌细胞束之间的电流活动明显提高。与之对比，没有金纳米线的补丁仅能产生微弱电流，使一束细胞跳动。
波士顿儿童医院生物材料与药物递送实验室的丹尼尔•克哈尼解释说：“如果没有金纳米线的话，用电极刺激心脏补丁时，它上面的细胞只有受到刺激的地方才会跳动，加入金纳米线以后，许多细胞就会连在一起，即使受到刺激的地方相隔很远，也会一起跳动。这表明组织是导电的。”
实验还显示，肌钙蛋白Ⅰ（troponin Ⅰ）和连接蛋白43（connexin-43）的产量也提高了。肌钙蛋白Ⅰ能与钙结合并收缩，连接蛋白-43能在细胞之间形成电耦合，在心脏结构形成和同步收缩方面起着重要作用。
克哈尼认为，纳米线技术可用于制造任何与电刺激相关的组织，包括脑组织和脊髓。选择黄金作为线材是因为它导电性强，易于编织，也是一种人体可容忍材料；而且黄金纤维可以拉得很长，足够通过整个材料基架以支持细胞，还可作为导电栅门。
经过细胞培养实验后，研究小组打算用活动物测试心脏补丁的功能，以进一步掌握纳米线是怎样加强了电流信号和细胞间连接。目前，他们正计划把这种补丁用于心脏病人的临床试验。
生物探索推荐英文论文摘要：
Nanowired three-dimensional cardiac patches
Engineered cardiac patches for treating damaged heart tissues after a heart attack are normally produced by seeding heart cells within three-dimensional porous biomaterial scaffolds1, 2, 3. These biomaterials, which are usually made of either biological polymers such as alginate4 or synthetic polymers such as poly(lactic acid) (PLA)5, help cells organize into functioning tissues, but poor conductivity of these materials limits the ability of the patch to contract strongly as a unit6. Here, we show that incorporating gold nanowires within alginate scaffolds can bridge the electrically resistant pore walls of alginate and improve electrical communication between adjacent cardiac cells. Tissues grown on these composite matrices were thicker and better aligned than those grown on pristine alginate and when electrically stimulated, the cells in these tissues contracted synchronously. Furthermore, higher levels of the proteins involved in muscle contraction and electrical coupling are detected in the composite matrices. It is expected that the integration of conducting nanowires within three-dimensional scaffolds may improve the therapeutic value of current cardiac patches.
