西媒探索心臟健康之謎:“人造心臟”正成為現實
2021年05月28日18:33

原標題:西媒探索心臟健康之謎:“人造心臟”正成為現實

參考消息網5月28日報導 西班牙《趣味》月刊4月號發表題為《創新的心跳》的文章,帶領讀者一起探索心臟健康之謎。全文摘編如下:

生物人工心臟、幹細胞工程和3D打印、人工智能及基因測序,新技術的應用使得有關心臟的一些未解之謎被打開,讓一些疾病得到更加有效的治療。

達·芬奇首次畫出心臟

文藝複興時期的畫家、科學家、發明家達·芬奇對機器充滿了異於尋常的熱情。帶著這股熱情,他設計了多個世紀後成為現實的設備,如滑翔傘、潛水服和直升機。這些發明創造也反映出他對“最完美的機器”——人體的崇尚。在他的設計草圖中,藝術家異常精確地描繪了生物體的各個部位,其中包括對生命最重要的器官之一:心臟。

英國倫敦帝國學院心臟計算機掃瞄研究組負責人德克蘭·奧里甘表示:“達·芬奇一直被認為是文藝複興時期的偉大藝術家之一,但他也是探索人體解剖學的先驅。作為一名工程師和藝術家,他不僅渴望知道身體是如何構建的,還想探尋其運作原理。”

16世紀初,達·芬奇首次畫出了心臟複雜的肌肉纖維網絡,即心肉柱。心肉柱能在心臟內部的表面形成幾何圖案。當時這位天才推測,這種纖維網絡在血液流經心臟時起到了讓血液變得溫暖的作用,但他並沒有辦法證明這一點。

如今,包括奧里甘在內的一個科學家團隊正無限趨近於找到最終答案。作為一名心臟病學家,奧里甘指出:“只有利用現有的現代成像技術、計算機模擬技術和遺傳學知識,我們才能嚐試解答這些問題。”他的研究已經發表在英國《自然》週刊上。此項研究依靠人工智能處理了25000張心臟磁共振圖像,與此同時還詳細分析了相關的基因數據。在所有這些信息的基礎上,作者得出結論,心臟的下腔室的粗糙表面可以使血液在每次心跳的過程中更有效地循環流動。他們還發現,人類脫氧核糖核酸(DNA)中有6個區域會影響心肉柱分形圖案的演變發展。

該項研究的另一個結論是,這些肌肉纖維的形狀能夠影響到心臟的功能,而這很可能與心臟疾病有關。為了證實這一點,科學家分析了5萬名患者的基因數據,併發現這一肌肉纖維網絡中的不同分形與罹患心力衰竭的風險有關。心力衰竭是指心臟無法有效地泵血。

奧里甘表示:“我們仍然需要瞭解在心臟周圍流動的血液如何與這些肌肉纖維相互作用。這將幫助我們識別罹患心臟病併發症風險較高的病人。”

“人造心臟”正成為現實

這些科學進展當中還包括“人造心臟”。直到今天,人造心臟仍然是科學界一個無法徹底實現的“完美構想”。來自西班牙巴塞羅那的心臟病學家卡羅琳娜·加爾韋斯-蒙頓表示:“儘管這是一個並不新鮮的科研領域,但仍需要更多研究才能讓人造心臟真正成為現實,而且我堅信人造心臟未來必定取得成功。”

目前,相關研究正在人體體外和動物疾病模型中進行。在此類實驗當中,科學家把動物心臟當作一個全新的器官來處理,去除所有動物細胞,但保留其結構,以便利用能與人類細胞共存的新肌肉和血管組織對其進行重新填充。這顆“新心臟”將被移植到需要它的人身上。如果能夠取得成功,未來或可避免對捐獻人體器官的過度依賴。

為了實現這一目標,科學家正在多個領域開展研究工作:幹細胞——有可能生成新的組織;3D打印——越來越多地用於生成微型器官;以及計算機模擬——分析這種新器官的心臟組織的收縮和放鬆過程。

導致心臟疾病基因

目前頗受醫學界關注的一個病理現象就是外周動脈疾病——當心臟以外的血管因為脂肪和膽固醇堆積在裡面而變窄時,就會發生這種情況。這種疾病可能會減少血流或導致血流中斷(通常是流向腿部的血液),進而導致組織壞死,在較為嚴重的情況下甚至可能導致截肢。在一項發表在英國《自然·醫學》月刊上的研究中,科學家分析了超過63.7萬人的遺傳信息,找到了與這種疾病有關的18個新的基因組區域。

來自西班牙馬德里的心力衰竭和家族性心臟病專家巴勃羅·加西亞·帕維亞指出:“這項技術從根本上改變了我們理解一些心血管疾病的方式。”他還指出,得益於大規模的基因測序,已經可以找到許多遺傳性心臟病的遺傳原因,如心肌病、主動脈疾病、膽固醇代謝紊亂和心律失常等,而所有這些健康問題都具有較高的導致猝死風險。

加西亞·帕維亞表示:“得益於上述技術,我們也更加瞭解可能導致罹患缺血性心臟病、動脈高血壓和一些代謝性疾病等非常常見疾病的風險增加的遺傳因素。”在瞭解導致心臟病的基因和突變之後,心臟病專家就能在大規模的DNA測序的基礎上,對其接診的病人進行基因診斷。

這就是所謂的“個性化精準醫療”,即為每個病人量身打造最適合他們的治療方法。據加西亞·帕維亞稱,根據遺傳信息,醫生可以先於疾病主動採取行動,並在這些病症表現出來之前,為那些有可能遭受這些疾病侵害的患者親屬作出診斷。加爾韋斯-蒙頓表示:“新一代的心臟病專家很有可能將其當作早期診斷的新工具,並利用其製訂心血管疾病預防計劃。”

治療高膽固醇新方法

不僅如此,大規模測序也是研發特殊治療方法的關鍵。加西亞·帕維亞說:“只要瞭解新的致病基因和新的代謝途徑,就能研發出新一代心血管藥物。”例如,一些治療膽固醇水平過高或作用於DNA或信使RNA的藥物。

一直以來,醫生通常會為血管中易形成血栓的高風險人群提供抗凝血劑,並對其持續進行監控,但這種療法很可能變成過去式。因為眼下最重要的進展之一在於,直接抗凝劑逐漸取代了維生素K拮抗劑。在西班牙,直接抗凝劑是眾所周知的Sintrom,它不僅具有不需要定期驗血的優勢,而且引發併發症的風險也較小。

此外,嚴重的高膽固醇血症患者已經開始接受每月一次或兩次的單複製抗體皮下注射。這種新的治療方法能在患者對一般藥物沒有良好反應的情況下,降低其膽固醇水平。加爾韋斯-蒙頓指出,在藥物治療方面,針對心力衰竭患者的新藥Sacubitril也取得了突出成績,並大大降低了死亡率和再住院率。

面對過去幾年所取得的成就,科學家樂觀地認為,人造心臟必將成為現實,儘管目前依然無法確定具體日期。組織生成、細胞療法和微創手術也將取得越來越多的進展。此外,異種移植領域也有可能取得更多成績。

科學家希望不同專業之間繼續加強合作,以促進聯合療法的發展。如果說達·芬奇集解剖學家、工程師和藝術家於一身,那麼醫學領域的各個學科之間的合作也應當遵循同樣的理念,攜手合作、眾誌成城。

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