MIT研发定时释放心脏贴片，心梗后精准递药，受损组织减少50%

（来源：MIT News）

心肌梗死（Myocardial infarction，简称 MI）依然是全球最紧迫的健康难题之一，尽管急性期的外科救治手段不断进步，仍有数以百万计的患者面临长期心功能障碍。其核心挑战在于：MI 之后的生物反应呈现出明显的分阶段特征，而现有多数疗法仅能一次性释放药物，难以契合这一动态修复过程的节奏。

近日，麻省理工学院（MIT）的工程师们开发出一种可柔性贴敷于心脏表面的药物递送贴片，可在心脏病发作后促进心脏组织的愈合与再生。

这种新型贴片能够携带多种药物，并按照预设时间表分阶段释放。在对大鼠进行的实验中，研究人员发现，这种治疗方法可使受损心肌组织减少约 50%，并显著改善心脏功能。研究团队表示，如果未来获准应用于人体，这种贴片有望帮助心梗患者恢复更多的心功能。

“当一个人经历严重心脏病发作时，受损的心肌组织无法有效再生，导致心脏功能永久性丧失。受损的组织不会自行恢复。”麻省理工学院科赫综合癌症研究所首席研究员安娜·雅克勒内茨（Ana Jaklenec）说，“我们的目标是恢复这种功能，让患者在心肌梗死后重新拥有一个更强大、更有韧性的心脏。”

该研究由麻省理工学院大卫·H·科赫讲席教授、科赫研究所成员罗伯特·兰格（Robert Langer）共同领导，论文第一作者为前 MIT 博士后 Erika Wang。研究成果发表于 Cell Biomaterials。

程序化药物递送

心脏病发作后，许多患者会接受搭桥手术以改善血流，但这并不能修复受损的心肌组织。MIT 团队希望研发一种可在手术中同步植入的贴片，既能稳定附着于心脏表面，又能在随后数周内持续、定时释放药物，促进组织修复。

为应对这一关键挑战，他们开发了一种名为 TIMED（temporal intervention with microparticle encapsulation and delivery） 的系统。该混合型聚合物系统将多种载药微粒嵌入水凝胶中，兼具优异的机械性能与可控释放特性，能够在如心脏等动态手术环境中稳定发挥作用。

通过改变聚合物分子量，研究人员可以精确控制微粒的降解速度，从而设定药物释放时间。此次实验设计了三类降解速率不同的微粒，分别在植入后的第 1–3 天、第 7–9 天与第 12–14 天释放药物，实现有节奏的分阶段治疗。

第一阶段在心梗后的急性期立即释放neuregulin-1（成纤维细胞生长因子），用于细胞保护；第二阶段在恢复期释放VEGF（血管内皮生长因子），促进血管生成；第三阶段在后期释放GW788388，以防止过度纤维化，同时避免早期抑制必要的胶原形成。

（来源：Cell Biomaterials）

研究人员将这些微粒阵列式嵌入水凝胶薄膜中，材料由藻酸盐与 PEGDA 两种生物相容性聚合物组成，会在体内逐渐降解。贴片尺寸仅为数毫米，柔韧而牢固，类似隐形眼镜。

改善心脏功能

人诱导多能干细胞（hiPSC）来源心脏组织模型大鼠急性心梗模型中，TIMED 系统均显示显著疗效。

在体外模型中，TIMED 贴片使细胞存活率较低氧对照提高 1.5 倍；在大鼠模型中（涵盖雌雄两组），TIMED 植入后生存率较未治疗组提高 33%，较静脉注射组提高 17%；终点时射血分数（EF）与缩短分数（FS）均提高约 15%；梗死面积减少约 50%，显示出强劲的组织再生与损伤修复能力。

这些功能性恢复效果与细胞治疗、外泌体贴片及工程水凝胶在动物心梗模型中的表现相当。不同的是，TIMED 通过无细胞、程序化释放的方式实现相似疗效：在不同时间释放促进存活、促血管生成与抗纤维化信号，改善收缩功能与心脏重塑。这表明，分阶段给药可作为替代复杂细胞治疗的有效方案，在可制造性、稳定性及安全性方面更具优势。

值得注意的是，TIMED 贴片显著减少术后心包粘连，较对照组降低 69%。这一现象部分归因于其调控 TGF-β 通路 的作用。胶原合成在早期修复中至关重要，但在后期过度表达会形成纤维带或粘连。TIMED 在术后第二周释放 TGF-β 抑制剂，有效抑制过度胶原沉积，既保证初期修复，又避免晚期粘连。

此外，TIMED 贴片在 4°C 条件下保存 1 个月后，蛋白质降解极低，机械性能保持初始强度的 85% 以上，封装药物活性保持 80% 以上，有助于临床转化，具备成为“即用型产品”的潜力。

其微制造工艺简洁高效，可支持在单个聚合物贴片上实现重复给药，预期将进一步改善长期康复效果，并降低多次手术带来的高昂成本。

研究还发现，贴片会随着时间逐渐降解，在一年内变成极薄的一层，不影响心脏的机械功能。

在此次研究中，neuregulin-1 和 VEGF 已在心脏疾病治疗的临床试验中使用过，但 GW788388 目前仅在动物实验中探索过。团队正计划在更具临床相关性的环境中开展研究，包括缺血再灌注（IR）损伤模型和大动物实验，以实现循序渐进的临床转化。

1.https://news.mit.edu/2025/new-patch-could-help-heal-heart-1104

2.https://www.cell.com/cell-biomaterials/fulltext/S3050-5623(25)00240-5