研究人员设计了一种新型的黏贴贴片，可以直接贴在心脏上，也许有一天可以帮助减少心脏病发作后经常出现的心肌拉伸。
该贴片由一种水基水凝胶材料制成，是利用对心脏功能的计算机模拟来微调材料的力学性能。一项在大鼠身上的研究表明，该贴片能有效地防止左心室重构-心脏肌肉的拉伸是心脏病发作后常见的现象，并能降低心脏主泵腔的功能。研究还表明，计算机优化的贴片性能优于那些在特定基础上选择了力学性能的贴片。
这项研究发表在自然生物医学工程是布朗大学工程学院的计算机建模和力学研究人员、复旦大学的心脏病研究人员和苏州大学的材料科学家之间的合作。
“心脏病发作后心脏很难恢复的部分原因是心脏必须不停地抽血，”布朗的工程学教授、论文的合著者高华健(音译)说。“这里的想法是为受损的组织提供机械支持，希望这能给它愈合的机会。”
研究人员说，先前的研究表明，机械贴片可能是有效的，但没有人对这种贴片的最佳力学性能做过任何研究。因此，潜在贴片的厚度和刚度变化很大。高说，把这些房产做好是很重要的。
“如果材料太硬或僵硬，那么你可以限制心脏的运动，这样它就不能膨胀到它需要的体积，”他说。“但是如果材料太软，那么它就不能提供足够的支撑。所以我们需要一些机械原理来指导我们。”
为了发展这些原理，研究人员开发了一个心脏跳动的计算机模型，当它固定在心脏的外部时，它可以捕捉心脏本身和补丁的机械动力学。负责建模工作的布朗大学研究生刘跃(音译)表示，该模型有两个关键组成部分。
“一部分是模拟正常的心脏功能-扩张和收缩，”刘说。“然后，我们在外面应用我们的贴片，看看它是如何影响心脏功能的，以确保它不局限于心脏。第二部分是模拟心肌梗死后心脏如何重塑，这样我们就可以观察需要多少机械支持才能防止这一过程。”
在掌握了这些特性之后，研究小组转向了雷阳的生物材料实验室。雷阳毕业于布朗大学，现在是苏州大学和河北工业大学的教授。杨和他的团队开发了一种由食物来源的淀粉制成的水凝胶材料，可以与模型中的特性相匹配。材料的关键是它是粘弹性的，这意味着它结合了流体和固体的特性。它的流体特性达到一定程度的应力，在这一点上，它凝固和变硬。研究人员说，这使得材料既适合心脏的运动，又提供了必要的支持。
这种材料也很便宜(研究人员说，一片不到一美分)，而且制作起来也很容易，而且实验表明它是无毒的。啮齿动物的研究最终表明，它在减少心脏病发作后的损害方面是有效的。
“这种贴片在心肌梗死后提供了几乎最佳的机械支持(即大量心肌细胞死亡)，”复旦大学心脏科研究员、研究的合著者孙宁说。“它保持了较好的心输出量，从而大大减少了剩余心肌细胞的超负荷和不利的心脏重构。”
生化标记物显示，该贴片可减少心脏病所致组织的细胞死亡、瘢痕组织积聚和氧化应激。
研究人员说，还需要更多的测试，但初步结果有望最终用于人类临床试验。
“它能否在人类身上发挥作用还有待观察，但这是非常有希望的，”高说。“我们现在看不出有什么理由认为它行不通。”
