基于人诱导多能干细胞心肌细胞的组织工程脉动导管优化研究：提升单心室先心病治疗的主动泵血功能

为解决单心室先天性心脏病（SVCHDs）患者Fontan术后缺乏主动泵血功能导致的循环效率低下问题，耶鲁大学团队开发了第二代组织工程脉动导管（TEPC）。通过电起搏训练和双层工程化心肌组织（EHT）优化，将导管腔内压力提升至1.87 mmHg（2Hz刺激下），较初代提升2倍以上，为SVCHDs患者提供了具有主动泵血潜力的治疗新策略。

　　

单心室先天性心脏病（SVCHDs）是一种致命的先天畸形，患儿仅有一个功能正常的心室承担全身循环任务。当前标准治疗Fontan手术虽能重建血液循环路径，但依赖被动静脉压驱动肺循环，长期易导致静脉高压、心功能衰竭等并发症。如何为这类"半颗心"患者重建生理性泵血功能，成为心血管领域亟待突破的难题。

耶鲁大学团队在《Acta Biomaterialia》发表的研究中，提出了一种革命性的解决方案——通过组织工程技术构建具有自主收缩能力的脉动导管。研究人员以人诱导多能干细胞来源的心肌细胞（hiPSC-CMs）为种子细胞，结合脱细胞猪心基质提供的天然细胞外基质（ECM），制备出具有定向纤维排列的工程化心肌组织（EHT）。这些生物组织被螺旋缠绕在脱细胞人脐动脉（dHUA）支架上，形成具有三层结构的组织工程脉动导管（TEPC）。

关键技术包括：1）改良EHT制备工艺，结合单细胞悬液接种与细胞片贴附法提升细胞覆盖率；2）设计新型生物反应器进行电起搏训练（2Hz）；3）采用双层EHT包裹增强收缩力。研究使用12例人脐带样本制备dHUA支架，并通过离体压力测试评估导管功能。

【材料与方法】
研究采用脱细胞猪心基质作为ECM来源，通过PTFE框架固定后，采用复合接种法提升hiPSC-CMs的覆盖密度。dHUA支架经力学强化处理后，用双层EHT以54°螺旋角包裹，置于定制生物反应器中进行14天电起搏训练。

【结果】
优化后的第二代TEPC表现出显著增强的收缩功能：

1. 自发搏动时产生0.96±0.10 mmHg腔内压力，较初代0.68 mmHg提升41%
2. 2Hz电刺激下压力达1.87±0.33 mmHg，是初代0.83 mmHg的2.25倍
3. 组织学显示电训练后心肌细胞排列更有序，收缩蛋白表达增加

【讨论与结论】
该研究通过电生理训练和组织结构优化，首次实现了TEPC收缩功能的跨越式提升。1.87 mmHg的压力虽暂未达到生理需求（正常右心室收缩压约15-30 mmHg），但证实了hiPSC-CMs在体外构建功能性泵血结构的可行性。值得注意的是，电起搏训练使心肌细胞成熟度显著提高，表现为肌节结构更规则、钙瞬变增强，这为后续临床转化奠定了重要基础。

研究同时指出当前局限：需进一步评估不同起搏频率下的力-频率关系，完善电生理特性检测。未来通过支架力学优化、血管化策略和大型动物实验，有望最终开发出能替代Fontan导管的生物工程解决方案，从根本上改变SVCHDs患者的治疗格局。