技术资料分享
Basic Scientific Research
您当前的位置:首页  > 技术资料分享
心梗模型:永久LAD结扎还是I/R更适合细胞、外泌体和生物材料
探索生命空间,助力基础研究

PREFACE 00

前言

心肌梗死再生修复产品进入动物阶段以后,永久左前降支(LAD)结扎和缺血/再灌注(Ischemia/Reperfusion,I/R)几乎是最常见的两套模型。

很多项目选择模型时,首先考虑的是哪一种手术更熟悉、哪一种梗死面积更稳定,随后再把干细胞、外泌体或者水凝胶放进去评价LVEF、Masson和血管新生。

这种方案能够得到药效数据,但对于再生治疗来说,模型选择实际上比普通小分子更加重要。

原因很简单:细胞、外泌体和生物材料并不是同一种产品。

细胞治疗需要面对移植物存活、滞留、血管化、电耦联甚至心律失常;外泌体或其他细胞外囊泡更多依赖早期旁分泌作用,重点可能落在抗凋亡、抗炎、促血管生成和改变损伤微环境;可注射水凝胶、ECM材料和心脏贴片又可能通过机械支撑、局部缓释、细胞递送和组织诱导发挥作用。

三种产品希望改变的心梗阶段不同,对模型的要求自然也不同。

永久LAD结扎以后,冠脉持续闭塞,危险区缺乏再灌注,大量心肌最终形成稳定瘢痕。这套模型很容易做出明显室壁变薄、左室扩张和慢性心功能下降,因此特别适合研究瘢痕修复、心室重构、细胞移植、组织工程和长期心衰。

I/R模型则在一段时间缺血后重新开放冠脉。部分危险区心肌能够被挽救,同时出现再灌注相关ROS、Ca²⁺超载、线粒体损伤、炎症、微血管阻塞等额外病理,更接近当前STEMI患者接受PCI后的临床场景。

所以对于再生产品,真正要解决的问题并不是“永久LAD和I/R哪个更标准”。

更需要先确定产品准备干预的是急性可救心肌、亚急性修复窗口,还是已经形成的慢性瘢痕;随后再决定第一模型、治疗时间、给药方式和主要终点。

导读

一、永久LAD和I/R真正模拟的是哪两种心梗场景

二、为什么再生产品比普通小分子更依赖模型选择

三、永久LAD结扎为什么长期成为细胞和生物材料研究的主流模型

四、I/R为什么更接近当前PCI时代的心梗患者

五、永久LAD模型最适合回答哪些再生问题

六、永久LAD模型最大的转化偏倚是什么

七、I/R模型最适合回答哪些再生问题

八、I/R模型为什么更难做出稳定的长期重构窗口

九、细胞治疗应该优先选择永久LAD还是I/R

十、外泌体治疗为什么往往更适合提高I/R模型权重

十一、生物材料为什么需要根据产品功能分别选择模型

十二、心脏贴片和可注射水凝胶面对的是同一种模型需求吗

十三、心梗当天给、3天后给和7天后给分别代表什么产品定位

十四、为什么治疗时间可能比永久LAD还是I/R更加重要

十五、急性心肌保护和真正心肌再生为什么必须拆开

十六、LVEF提高为什么不能直接证明新生心肌形成

十七、瘢痕面积下降应该怎样区分心肌挽救和组织再生

十八、细胞治疗为什么必须提高移植物存活和长期滞留的权重

十九、hPSC来源心肌细胞为什么还必须关注室性心律失常

二十、外泌体为什么不能只看一次心肌注射后的28天EF

二十一、生物材料为什么需要单独评价降解、力学和局部炎症

二十二、血管新生为什么不能只靠CD31阳性面积证明

二十三、永久LAD和I/R的病理取材区域为什么不能混在一起

二十四、长期研究为什么应该在治疗前进行心功能或梗死严重度分层

二十五、不同再生产品应该怎样安排主要终点

二十六、小鼠、大鼠和猪在这类产品中分别适合解决什么问题

二十七、第一模型阳性以后第二模型应该怎样真正增加开发信息

二十八、细胞、外泌体和生物材料心梗研究最常见的实验设计误区

二十九、一套更完整的再生治疗候选产品开发路线

三十、博恩生物可以为心梗再生修复产品提供哪些实验支持

SECTION 01

01

永久LAD和I/R真正模拟的是哪两种心梗场景

永久LAD结扎的基本逻辑,是持续阻断某一冠脉区域的血流。

结扎以后的危险区无法重新获得冠状动脉灌注,大量缺血心肌最终发生不可逆坏死。随着时间延长,坏死组织被清除,成纤维细胞和肌成纤维细胞逐渐形成胶原瘢痕,左室壁变薄并发生扩张,最终可以形成稳定的缺血性心脏重构和心衰表型。

I/R则保留了一段明确的缺血时间。

例如阻断LAD 30~60分钟以后解除结扎,使冠脉血流重新恢复。此时危险区中一部分心肌已经不可逆坏死,另一部分仍处在可挽救状态。再灌注虽然终止持续缺血,同时也会带来ROS爆发、Ca²⁺超载、线粒体通透性转换、炎症激活和微循环障碍。

因此两套模型虽然最后都可以形成心肌梗死,却有一个非常核心的区别:

永久LAD主要研究持续闭塞以后心脏如何形成瘢痕和重构,I/R则额外包含“血管已经打开以后还能救下多少心肌”这一临床问题。

对于再生治疗,这个区别会直接影响产品是在“救”,还是在“修”。

SECTION 02

02

为什么再生产品比普通小分子更依赖模型选择

普通小分子通常有相对明确的靶点和作用窗口,模型只要能够稳定包含目标病理,就有机会完成PoC。

再生治疗更加复杂,因为产品本身会和损伤组织形成长期相互作用。

细胞植入以后,需要经历缺血、炎症、机械应力和免疫环境,再决定能够存活多久、能否形成新组织以及是否与宿主整合。外泌体在体内停留时间较短,很多药效主要发生在早期炎症和细胞死亡窗口。生物材料则可能留在心脏数周甚至数月,材料降解速度、组织顺应性和心室力学环境都会逐渐进入药效。

所以永久LAD和I/R带来的差异会被进一步放大。

同一批MSC外泌体,在I/R再灌注前后给予,可能主要表现出急性抗凋亡和抗炎作用;如果在永久MI后7天才给予,药效则更可能来自成纤维细胞、巨噬细胞和血管生成调控。

同一种心脏贴片在永久LAD中可以明显增加瘢痕区壁厚并降低室壁应力,在I/R中由于保留更多存活心肌,产品真正需要修补的结构基础已经不同。

因此再生产品的模型选择必须和产品功能一起设计。

SECTION 03

03

永久LAD结扎为什么长期成为细胞和生物材料研究的主流模型

在心脏再生领域,永久LAD模型长期占有非常高的比例。

2025年针对心梗ECM类临床前治疗的系统评价显示,纳入的研究中绝大多数采用永久MI模型,I/R所占比例明显较低。这个现象背后有非常实际的实验原因。

永久LAD首先能够形成较大的稳定瘢痕。

对于细胞治疗和生物材料来说,大瘢痕意味着更清楚的修复窗口,可以观察产品能否增加室壁厚度、减少左室扩张、改善瘢痕区域血管化以及提高长期心功能。

其次,永久结扎的慢性重构通常更加稳定。

如果项目需要观察28天、8周甚至更长时间,模型组会逐渐形成清楚的左室扩张和心衰,而不会因为大量危险区在早期已经成功再灌注而使长期差异过小。

另外,很多心肌内注射和心外膜贴片也更容易在永久MI模型中评价,因为目标区域更加明确,边缘区和瘢痕区具有比较稳定的解剖位置。

这使永久LAD非常适合回答“已经丢失的心肌能不能被修复”。

SECTION 04

04

I/R为什么更接近当前PCI时代的心梗患者

当前STEMI最重要的治疗原则之一就是尽快恢复冠脉血流。

因此大量能够及时到达医院的患者最终经历的是“冠脉急性闭塞—PCI再灌注—部分心肌被挽救—部分心肌仍形成梗死”这一过程。

I/R模型和这条临床路径更加接近。

对于准备在急性PCI前后使用的细胞外囊泡、细胞保护材料、抗炎递送体系或者其他再生产品,I/R拥有一个永久LAD不具备的重要窗口:再灌注期可救心肌。

如果产品主要通过降低心肌细胞死亡、改善线粒体功能、抑制再灌注炎症或保护微循环发挥作用,那么在永久LAD中获得药效虽然有意义,却没有真正验证临床最核心使用场景。

这也是为什么再生产品一旦准备从“修复实验”推进到临床转化,I/R通常需要提高权重。

SECTION 05

05

永久LAD模型最适合回答哪些再生问题

永久LAD最有优势的方向主要集中在慢性组织修复。

对于hPSC来源心肌细胞、心脏祖细胞以及其他希望形成长期移植物的细胞产品,可以在稳定瘢痕背景中观察细胞能否长期存活、形成新心肌、与宿主血管建立联系以及最终改变左室重构。

对于ECM、水凝胶和心脏贴片,永久MI也非常适合评价材料对室壁厚度、心室几何和机械支撑的影响。

如果产品主要刺激宿主心肌细胞重新进入细胞周期、促进内源再生或者调控瘢痕成熟,同样需要一个稳定、持续的慢性损伤背景。

所以永久LAD最适合回答的核心问题可以概括为:

心肌已经永久丢失以后,产品还能把这颗心修到什么程度。

SECTION 06

06

永久LAD模型最大的转化偏倚是什么

永久LAD最大的局限来自持续闭塞本身。

现实中越来越多急性心梗患者会接受再灌注治疗,而永久结扎动物的梗死区始终没有冠脉血流恢复。

这会影响多个方面。

首先,永久MI形成的梗死通常更大,心室重构更重,因此再生产品拥有更大的改善空间。一个产品在严重永久MI中让LVEF提高10个百分点,看起来非常显著,但在临床PCI后较小梗死患者中是否还能产生相同比例改善,需要重新验证。

其次,永久缺血区的药物、细胞和营养递送环境与再灌注心肌不同。系统给药的外泌体或者纳米载体能否真正进入永久缺血核心区,是一个实际问题。

第三,再灌注本身带来的微循环损伤、氧化应激和炎症在永久模型中没有得到完整复制。

所以永久LAD特别适合证明修复能力,却容易高估某些产品对当前再灌注时代患者的适用范围。

SECTION 07

07

I/R模型最适合回答哪些再生问题

I/R的优势主要集中在急性心肌挽救和再灌注后修复。

如果外泌体准备在PCI前、PCI过程中或者再灌注后数小时使用,可以直接评价其是否减少area at risk中的最终梗死比例。

如果生物材料主要作为急性心肌保护药物的局部递送平台,也应该尽可能面对I/R环境。

对于细胞产品,如果临床最终希望在再灌注后的亚急性阶段进行冠脉内、心肌内或经导管递送,I/R也能提供更接近临床的受损心肌微环境。

同时,I/R还可以进一步评价微血管阻塞和no-reflow。

一个再生产品即使不直接生成新心肌,只要能够改善微循环、保护边缘区存活心肌并降低后续重构,也可能具有非常高的临床价值。

SECTION 08

08

I/R模型为什么更难做出稳定的长期重构窗口

I/R的临床相关性更高,但长期再生研究中会遇到一个现实问题:模型异质性通常比永久结扎更复杂。

缺血时间只要相差几分钟,最终可挽救心肌比例就可能明显改变。LAD结扎位置、侧支循环、再灌注完整程度和微循环阻塞都会影响最终梗死。

如果缺血时间偏短,大量心肌能够自然恢复,28天以后模型组EF可能已经较好,再生产品缺少足够改善空间。

缺血过久又会让绝大多数AAR心肌不可逆死亡,模型逐渐接近永久梗死,I/R本身的优势被削弱。

因此长期I/R再生实验最重要的不是简单固定“缺血45分钟”。

需要先通过预实验找到既能形成稳定梗死和重构,又保留足够心肌挽救和治疗动态范围的窗口。

SECTION 09

09

细胞治疗应该优先选择永久LAD还是I/R

细胞治疗需要先区分产品到底希望产生什么。

如果是hPSC来源心肌细胞,核心价值是形成长期移植物并实现remuscularization,那么永久LAD往往是很有价值的第一模型。稳定瘢痕能够提供清楚的植入区域,也方便观察移植物是否真正替代部分坏死心肌。

如果是MSC或者其他主要依赖旁分泌作用的细胞,产品机制可能更接近抗炎、促血管和组织保护。此时I/R的价值会提高,因为大量可救心肌和再灌注炎症正是这类产品可能发挥作用的窗口。

进入真正临床转化以后,两类产品都不宜长期停留在永久LAD。

如果患者未来大概率接受PCI,那么核心候选产品至少需要在I/R背景中证明疗效仍然存在。

所以细胞治疗可以采用“永久MI证明修复能力,I/R验证临床场景”的组合,而不必要求一个模型完成全部问题。

SECTION 10

10

外泌体治疗为什么往往更适合提高I/R模型权重

外泌体和其他细胞外囊泡的药效通常高度依赖旁分泌调控。

大量前临床研究关注其抗凋亡、抗炎、抗氧化、促血管生成和调节巨噬细胞等作用。这些机制中相当一部分都集中在心梗后的数小时到数天。

因此外泌体非常适合I/R。

再灌注发生以后,边缘区仍存在大量处在损伤和可逆死亡边界上的心肌细胞,微循环、内皮和免疫系统也正快速变化。外泌体如果能够在这一阶段进入心肌并改变局部环境,就有机会减少最终梗死和长期重构。

相比之下,如果在永久LAD后立即静脉注射外泌体,坏死核心区始终缺乏血流,真正到达心肌的剂量可能受到限制。

永久MI仍然适合验证外泌体对慢性重构和瘢痕环境的作用,但如果产品最终定位是急性MI后早期应用,I/R应该具有更高转化优先级。

SECTION 11

11

生物材料为什么需要根据产品功能分别选择模型

“生物材料”实际上覆盖了非常不同的产品。

有些水凝胶主要承担机械支撑,注射到梗死区以后增加室壁厚度、降低壁应力并减轻左室扩张。这类产品非常适合永久MI,因为瘢痕和壁变薄更加明显。

有些材料主要用于持续释放细胞因子、蛋白、RNA或外泌体,核心价值是延长局部滞留。这类产品究竟选择永久MI还是I/R,更应该跟随其cargo的作用时间。

还有一些导电材料或工程化心脏贴片希望改善电传导和组织整合,这类产品需要较大的稳定瘢痕才能看出结构和电生理优势。

所以生物材料模型选择的第一步,不是问材料属于水凝胶还是贴片,而是问材料真正改变的是心室机械、局部药物递送、细胞存活、电耦联还是组织再生。

SECTION 12

12

心脏贴片和可注射水凝胶面对的是同一种模型需求吗

心脏贴片通常覆盖在心外膜表面,可以同时承担机械支撑、细胞递送和局部旁分泌作用。

由于需要明确覆盖梗死区,永久LAD形成的大而稳定的前壁梗死非常适合早期产品验证。

可注射水凝胶则更加灵活。

它可以通过心肌内注射进入边缘区和梗死区,也可以设计成经导管递送。对于准备在PCI后介入的注射材料,I/R会更接近未来使用场景。

两者还有一个很大的评价差异。

贴片需要关注局部粘附、顺应性、电整合以及是否限制心脏舒张;注射水凝胶则需要关注注射分布、局部团块、降解以及是否影响微循环。

因此即使都属于“心脏生物材料”,模型和安全终点也不应直接照搬。

SECTION 13

13

心梗当天给、3天后给和7天后给分别代表什么产品定位

再生治疗中的给药时间几乎和模型选择同样重要。

心梗当天给药时,局部还处在剧烈缺血、细胞死亡和炎症启动阶段。产品主要有机会发挥急性心肌保护、抗炎和内皮保护作用。

到了3天左右,坏死心肌已经形成,炎症和组织清除仍然活跃,成纤维细胞和血管反应逐渐进入修复阶段。这个窗口更适合研究免疫调节和早期修复。

到了7天甚至更晚,很多小鼠和大鼠已经进入明显瘢痕形成和重构阶段。此时再给细胞、材料或者外泌体,产品面对的是已经建立的组织缺损,急性“救心肌”贡献明显下降。

所以同一种产品在不同时间给药,最终机制结论可以完全不同。

做再生治疗时,不能只写“MI后给药”。

需要明确给药时心脏究竟处在哪个阶段。

SECTION 14

14

为什么治疗时间可能比永久LAD还是I/R更加重要

假设一个外泌体产品在I/R再灌注前5分钟静脉给予,24小时梗死面积明显减少。

另一个实验在永久MI后7天进行心肌内注射,28天EF提高。

两组都可以写成“外泌体治疗心梗有效”,实际产品价值完全不同。

第一种更接近急性cardioprotection,作用对象是仍然可救的心肌。

第二种更接近post-MI repair,作用对象是已经形成的瘢痕、血管和残余心肌。

对于细胞和材料同样如此。

如果希望证明真正的新生心肌修复,给药时间越靠后,越能减少“只是急性减少了心肌死亡”的解释。

所以再生候选物确认阶段很值得设置不同治疗时间,逐渐把急性保护和真正组织修复拆开。

SECTION 15

15

急性心肌保护和真正心肌再生为什么必须拆开

一个候选产品让28天瘢痕面积变小,至少存在两种机制。

第一种是它在心梗早期就救下了一部分原本会死亡的心肌,所以后面自然形成更小瘢痕。

第二种是心肌已经死亡以后,产品真正促进了新生心肌形成、瘢痕替代或者组织重建。

这两种机制在终点组织学上可能非常相似。

所以真正声称cardiac regeneration时,需要证明新增的功能心肌从哪里来。

对于细胞治疗,要证明移植物形成心肌并长期存在;对于内源再生,要通过谱系追踪等证据证明宿主心肌细胞真正重新增殖并形成新组织。

仅仅看到梗死面积下降、Ki67增加或者EF提高,都很难独立完成“再生”结论。

SECTION 16

16

LVEF提高为什么不能直接证明新生心肌形成

LVEF是心梗长期药效最重要的功能终点之一,但它受到很多因素影响。

减轻左室扩张可以提高EF,降低后负荷可以提高EF,改善残余心肌收缩也可以提高EF,机械支撑材料降低室壁应力以后同样可能改善EF。

这些变化都具有临床价值,却不代表出现了新生心肌。

所以细胞和生物材料研究中,EF更适合承担器官功能证据。

如果产品进一步声称remuscularization,则需要增加组织学和功能整合证据。

真正高水平的再生证据应该回答新产生的心肌组织能否收缩、是否得到血供、是否与宿主电生理整合,以及这种组织是否真正贡献了心室功能。

SECTION 17

17

瘢痕面积下降应该怎样区分心肌挽救和组织再生

治疗时间是最直接的一层区分。

如果产品在缺血前、再灌注前或者MI发生后很短时间给予,最终瘢痕下降首先应该考虑急性心肌挽救。

如果等到梗死和瘢痕已经形成以后才进行治疗,随后瘢痕区域真正缩小,才更接近组织重塑或再生。

第二层是基线证据。

如果治疗前能够通过影像或同批次病理证明瘢痕已经形成,再观察治疗后变化,解释会更加清楚。

第三层是细胞来源。

如果声称新生心肌,需要证明这些细胞来自移植物还是宿主增殖,并排除单纯心肌肥大造成的组织厚度增加。

只有把这几个问题拆开,scar reduction才能真正进入regeneration。

SECTION 18

18

细胞治疗为什么必须提高移植物存活和长期滞留的权重

大量早期细胞治疗研究都遇到一个共同问题:注射进去的细胞很多,真正长期留下来的细胞却很少。

心梗区域本身存在缺氧、炎症、机械剪切和营养不足,急性期尤其不利于细胞存活。系统或冠脉内给药又会进一步面临肺、肝、脾截留等问题。

因此细胞候选物确认不能只报告“注射了100万个细胞”。

真正需要回答的是其中多少到达心脏,多少在24小时后仍然存活,1周和1个月以后还剩多少,以及它们位于梗死核心还是边缘区。

如果细胞长期几乎全部消失,却仍然获得明显药效,产品机制就更可能偏旁分泌,而不适合继续强调长期组织替代。

反过来,如果产品目标就是形成新心肌,长期engraftment必须提高到核心质量属性。

SECTION 19

19

hPSC来源心肌细胞为什么还必须关注室性心律失常

hPSC来源心肌细胞和一些心脏祖细胞可以真正形成新的心肌组织,这是它们相比传统MSC很重要的优势。

同时也带来一个新的安全问题:移植物能不能与宿主心脏稳定同步。

大动物研究已经反复观察到移植后室性心律失常风险,尤其当大量未成熟心肌细胞形成具有自主电活动的移植物时。

因此这类产品不能只比较LVEF和移植物面积。

ECG、遥测、室速发生率、持续时间以及移植物电整合需要进入长期安全评价。

这种问题在小鼠中并不一定能够充分表现,大型动物的价值也因此明显增加。

对于真正准备临床转化的心肌细胞产品,“长得出来”和“跳得安全”需要同时成立。

SECTION 20

20

外泌体为什么不能只看一次心肌注射后的28天EF

外泌体最容易出现的实验模式,是心梗后局部注射一次,28天做超声,发现EF改善,再做几项炎症、凋亡和血管生成指标。

这种设计可以完成PoC,却很难回答产品开发中的几个关键问题。

首先需要知道外泌体在心肌中能停留多久。很多游离EV可能在较短时间内被清除,如果药效持续数周,就需要解释早期信号如何形成长期组织效应。

其次需要建立剂量。外泌体不能只用“每只动物多少μg蛋白”模糊描述,还需要逐渐进入颗粒数、来源细胞、制备工艺和效价一致性。

第三需要明确真正作用窗口。如果产品主要抗再灌注损伤,I/R和早期给药应具有更高权重;如果主打重塑,则晚给药和长期作用更加重要。

最后还要考虑给药方式。静脉、冠脉内、心肌内以及材料缓释形成的局部暴露完全不同。

真正的EV候选物开发必须逐渐从“有作用”进入“什么暴露产生什么作用”。

SECTION 21

21

生物材料为什么需要单独评价降解、力学和局部炎症

生物材料进入心脏以后,本身就是一个长期存在的物理实体。

材料降解太快,机械支撑和局部递送作用可能很快消失;降解过慢,则可能影响组织顺应性、引发异物反应或者长期纤维包裹。

材料过硬可能限制舒张,过软又无法提供足够机械支持。

此外,水凝胶、ECM和贴片都会改变局部免疫细胞和成纤维细胞行为。观察到瘢痕改变以后,需要知道这是材料设计预期的组织诱导作用,还是非特异性异物反应。

因此生物材料项目除了EF、Masson和血管生成,还需要建立材料自己的评价体系,包括降解、局部滞留、力学性能、炎症反应和组织整合。

这一层对药物制剂类项目非常关键,因为材料本身就是产品组成部分。

SECTION 22

22

血管新生为什么不能只靠CD31阳性面积证明

再生治疗非常喜欢使用CD31、vWF等指标证明血管新生。

这些结果可以说明内皮细胞或毛细血管样结构增加,但它们并不能保证新形成的血管真正具有灌注功能。

一个CD31阳性的管腔如果没有有效连接到宿主循环,对缺血心肌的实际意义非常有限。

所以进入核心候选物阶段,可以进一步增加微血管成熟、周细胞覆盖和真正灌注。

如果条件允许,心肌血流、造影或其他灌注方法会明显提高证据强度。

对于细胞和材料产品尤其重要,因为提高血管数量很容易,建立能够长期供血的功能血管网络难得多。

SECTION 23

23

永久LAD和I/R的病理取材区域为什么不能混在一起

心梗以后至少需要区分梗死核心、边缘区和远隔心肌。

梗死核心主要由死亡组织和瘢痕组成;边缘区仍然存在大量存活但承受高机械和代谢压力的心肌细胞,是细胞保护、血管生成和再生治疗非常重要的作用区域;远隔心肌则逐渐承担代偿负荷并发生肥大和间质纤维化。

永久LAD中三个区域通常更加清楚。

I/R则由于部分危险区被挽救,边缘区和存活岛分布可能更加复杂。

所以将整个左室混在一起做Western blot,很容易把不同病理区域平均掉。

研究外泌体抗凋亡最好关注border zone,研究瘢痕材料应重点分析infarct/scar,研究远隔重构则需要单独取remote myocardium。

空间取材本身就是机制的一部分。

SECTION 24

24

长期研究为什么应该在治疗前进行心功能或梗死严重度分层

无论永久LAD还是I/R,个体梗死严重度都会存在明显差异。

长期研究尤其容易受到这一点影响。

如果一个动物术后Day 2 LVEF已经降到25%,另一个还在45%,即使两只动物体重相同,也不应该简单认为它们具有相同疾病基线。

对于细胞、外泌体和材料这种成本较高、观察周期较长的产品,治疗前可以通过超声、MRI或其他可行方法评估初始心功能,并按照严重度进行分层随机。

如果产品在MI当天立即治疗,无法获得真正治疗前超声,也可以使用术中缺血信息、早期影像或预先设定的其他严重度指标进行后续敏感性分析。

基线平衡越好,28天或更长期的EF差异才越可信。

SECTION 25

25

不同再生产品应该怎样安排主要终点

产品类型第一层核心终点第二层关键终点特别需要注意
MSC/旁分泌型细胞LVEF、重构炎症、血管、细胞滞留药效可能不依赖长期植入
hPSC-CM移植物与心功能remuscularization、电整合室性心律失常
心脏祖细胞长期功能、植入分化与旁分泌真实细胞命运
游离外泌体急性梗死/长期功能biodistribution、target engagement清除快、制剂标准化
工程化外泌体心脏靶向和功能局部暴露、效价工程化后安全性
可注射水凝胶LV重构、壁厚降解、力学、炎症注射分布和局部团块
ECM材料心功能、瘢痕结构宿主细胞浸润、血管化材料来源和批次
心脏贴片壁厚、重构、功能粘附、电整合、血管化手术转化性
细胞+材料细胞滞留和功能材料降解、移植物存活两个产品模块需要分别证明贡献

再生产品越复杂,越不能靠一项EF变化完成全部药效结论。

SECTION 26

26

小鼠、大鼠和猪在这类产品中分别适合解决什么问题

小鼠最大的优势是机制工具丰富,适合基因操作、细胞谱系和早期机制验证。

大鼠心脏更大,心肌内注射、心脏贴片、超声和组织取材更方便,因此大量细胞、EV和生物材料PoC会优先使用大鼠。

猪模型的价值则主要出现在真正的临床转化。

猪心脏尺寸、冠脉解剖、血流动力学和经导管操作更接近人。对于PCI后I/R、微循环、冠脉内输注、心肌内导管注射、大尺寸贴片以及hPSC-CM移植后的心律失常,猪提供的信息远远超过简单“换一个更大的动物”。

因此大动物不需要出现在最早期。

当产品开始受到递送、剂量放大、电安全和手术可实施性限制时,才真正进入大动物最有价值的阶段。

SECTION 27

27

第一模型阳性以后第二模型应该怎样真正增加开发信息

细胞、外泌体和生物材料尤其不适合一直停留在同一套永久LAD模型里。

第一模型或产品定位更有价值的第二模型主要新增信息
永久LAD细胞治疗阳性I/R验证PCI时代临床场景
I/R外泌体急性保护阳性永久MI慢性重构判断能否产生持续组织获益
永久MI水凝胶阳性I/R验证较小瘢痕和再灌注环境
急性I/R EV阳性延迟给药模型拆分急性保护和真正修复
hPSC-CM大鼠阳性猪I/R/MI验证剂量放大和心律失常
心脏贴片大鼠阳性猪MI验证贴片尺寸、固定和机械功能
心肌内注射产品经导管大动物验证临床递送方式
年轻健康动物阳性糖尿病/高龄/肥胖背景增加共病转化风险
血管新生产品灌注功能模型区分毛细血管数量和真实血流
慢性修复产品长期心衰终点验证28天以后疗效是否持续

第二模型最重要的任务,是让产品离开第一套最容易取得成功的环境。

SECTION 28

28

细胞、外泌体和生物材料心梗研究最常见的实验设计误区

1、所有再生产品都固定使用永久LAD模型,没有根据产品到底是急性心肌保护还是慢性组织修复重新选择模型。

2、产品最终准备在PCI患者中使用,却整个临床前开发始终没有I/R模型。

3、永久LAD中获得很大EF改善以后直接外推临床,没有考虑持续闭塞形成的梗死通常比PCI后的真实患者更大。

4、I/R缺血时间过短,模型组自然恢复明显,28天长期修复缺少足够动态范围。

5、I/R缺血时间过长,可挽救心肌几乎全部丢失,却仍然把模型用于急性cardioprotection。

6、MI当天给予细胞或外泌体,最终瘢痕面积下降以后直接定义为心肌再生,没有排除早期心肌挽救。

7、只看LVEF提高就声称形成新生心肌,没有细胞来源、结构和功能整合证据。

8、细胞注射量写得非常清楚,却没有评价早期滞留和长期engraftment。

9、移植细胞长期几乎消失,仍然把药效解释为组织替代,而没有重新考虑旁分泌机制。

10、hPSC-CM研究只看移植物面积和EF,没有进行长期心律失常监测。

11、外泌体只按蛋白质量给药,没有建立颗粒数、来源、制备批次和potency之间的关系。

12、外泌体一次注射后28天有效,却没有任何biodistribution和心脏滞留证据。

13、静脉外泌体治疗永久MI,却默认大量EV能够进入无灌注的梗死核心区,没有验证真实分布。

14、材料植入以后只做Masson和EF,没有评价材料降解、局部异物反应和力学匹配。

15、心脏贴片能够增加室壁厚度,就直接解释为新生心肌,没有区分材料本身厚度和真实心肌组织。

16、可注射水凝胶心肌内形成局部团块,却没有评估对灌注和局部电传导的影响。

17、血管生成只检测CD31,没有证明新血管具有灌注功能。

18、梗死区、边缘区和远隔区混合取材,导致局部再生、炎症和重构信号互相稀释。

19、长期28天研究只按体重随机,没有考虑初始MI严重度差异。

20、死亡动物直接从最终心功能和病理分析中剔除,没有评估大梗死、破裂和严重心衰造成的生存者偏倚。

21、细胞和材料产品直接从小鼠跳到临床剂量推算,没有经过大型动物递送和尺寸放大验证。

22、第一模型阳性以后继续重复同一永久LAD模型,只换细胞剂量或材料浓度,没有改变临床风险。

23、外泌体急性抗凋亡效果很好,后续仍然只在心梗当天给药,没有验证产品是否真正具有慢性修复能力。

24、生物材料产品最终准备经导管使用,前临床却长期依赖开胸直视注射,没有验证未来临床递送路径。

25、为了获得更明显疗效选择特别大的永久MI,导致模型严重度远高于目标临床患者,最终夸大产品改善空间。

SECTION 29

29

一套更完整的再生治疗候选产品开发路线

1、先定义产品究竟是在救心肌还是修复已经丢失的心肌

外泌体、细胞和材料立项时首先明确产品主要作用发生在缺血/再灌注早期、亚急性修复期还是慢性瘢痕期。这个判断会直接决定永久LAD和I/R的优先级。

2、早期选择最容易形成清楚PoC的模型

细胞和结构修复材料可以优先利用永久MI获得稳定瘢痕和重构窗口,急性旁分泌和细胞保护型EV则可以优先在I/R中验证心肌挽救。

这一阶段重点是快速确认产品有没有体内生物学作用。

3、建立模型自己的自然病程

永久MI需要确认不同结扎位置对应的梗死、死亡和长期EF窗口;I/R则需要建立缺血时间、AAR、急性梗死和28天重构之间的关系。

不能机械复制“永久结扎”或“45分钟I/R”。

4、根据产品选择给药时间

急性保护产品靠近再灌注窗口,免疫调节产品进入炎症阶段,真正组织修复和材料产品可以向亚急性甚至慢性阶段后移。

通过给药时间本身拆分不同机制。

5、核心候选物进入治疗前严重度分层

对于延迟给药项目,可以使用超声、MRI或其他合适方法评估基线心功能和瘢痕严重度,再进行随机分组。

降低长期结果被初始MI差异污染的风险。

6、细胞产品先解决真实滞留和存活

通过示踪、物种特异检测或其他方法确认早期心脏滞留和长期engraftment,再判断产品主要依赖组织替代还是旁分泌作用。

7、外泌体建立真正的剂量和体内分布关系

逐渐从简单蛋白浓度进入颗粒、效价、心肌分布和作用持续时间,明确静脉、冠脉内、心肌内及材料缓释不同方式产生的实际暴露。

8、生物材料建立材料自身的质量属性

除了药效,还需要明确注射性、粘附、降解、力学、组织相容性和局部炎症。复杂材料中的细胞、EV或药物cargo还需要分别证明各自贡献。

9、把急性心肌挽救和长期重构拆成两个层级

I/R产品早期可以看IS/AAR、细胞死亡和微循环,随后继续观察LVEF、LVESV、LVEDV和瘢痕。

永久MI修复产品则提高长期室壁、瘢痕、重构和心衰终点权重。

10、真正声称再生时增加来源和功能证据

细胞移植需要证明移植物形成心肌,内源再生需要证明宿主心肌细胞真正贡献新组织,并进一步验证血管化、电整合和收缩功能。

11、血管生成产品从数量推进到灌注

在CD31和vWF之外增加血管成熟、周细胞和真实心肌灌注,证明新形成的血管真正能够供血。

12、hPSC-CM等产品同步建立心律失常安全窗

随着移植物体积增加,持续进行ECG或遥测监测,不能等到功能结果全部做完以后再单独考虑电生理风险。

13、第一模型阳性以后主动切换永久MI和I/R

永久MI证明修复能力以后,用I/R验证PCI临床场景;I/R早期保护阳性以后,再进入慢性MI或延迟给药验证长期组织获益。

两套模型承担互补任务。

14、核心产品进一步增加临床共病

高龄、糖尿病、肥胖等背景会改变炎症、血管生成、细胞功能和EV效力。年轻健康动物阳性以后,至少增加一项最符合目标患者的共病挑战。

15、真正受到递送和尺寸限制时升级大型动物

细胞剂量放大、心脏贴片、经导管水凝胶、冠脉内EV以及hPSC-CM电安全,都需要猪等大型动物提供真正转化信息。

16、最终形成产品自己的Go/No-Go证据链

真正成熟的细胞、外泌体或生物材料候选产品,最终需要证明它在与临床使用场景匹配的心梗模型中能够获得稳定药效,疗效与产品真实滞留、暴露或植入程度相对应,并且能够从早期组织变化转化成长期心功能获益。产品如果声称再生,还需要证明新组织真实存在并具有功能;如果临床最终面对PCI患者,则需要在I/R模型中保留药效;如果产品需要长期留在心脏,则安全性、材料降解、电整合和心律失常必须同步解决。

这比单纯证明“永久LAD后28天EF提高”更接近真正的再生产品开发。

SECTION 30

30

博恩生物可以为心梗再生修复产品提供哪些实验支持

1、可以根据产品机制选择永久LAD或I/R模型

结合产品属于细胞治疗、外泌体、可注射水凝胶、ECM材料、心脏贴片还是组合产品,进一步判断主要作用发生在急性心肌保护、亚急性修复还是慢性组织重构,并据此确定第一模型。

2、可以建立标准化永久LAD心梗模型

通过固定结扎位置和手术流程形成稳定梗死、瘢痕和长期左室重构,用于细胞植入、生物材料、慢性外泌体治疗和组织工程产品PoC。

3、可以建立心肌I/R模型

根据候选产品优化缺血时间和再灌注周期,形成具有可救心肌窗口、稳定梗死和长期重构的模型,用于PCI相关再生和急性心肌保护产品。

4、可以设计不同治疗时间窗口

根据产品分别安排再灌注前后、MI急性期、亚急性期和瘢痕期干预,帮助区分急性心肌挽救、免疫调节和真正慢性组织修复。

5、可以开展治疗前心功能分层

针对延迟给药和长期再生项目,通过超声等方式评价初始LVEF、LVESV、LVEDV和室壁变化,并根据疾病严重度进行随机分组。

6、可以开展长期心脏超声评价

连续观察LVEF、LVFS、LVESV、LVEDV、室壁厚度以及左室扩张,将急性产品作用进一步连接到长期心室重构。

7、可以开展梗死和瘢痕评价

针对I/R根据项目进行AAR和梗死面积分析,针对长期永久MI评价瘢痕面积、壁厚和左室结构,避免不同模型套用同一套病理解释。

8、可以开展细胞移植物示踪和长期存活评价

针对MSC、心脏祖细胞、hPSC-CM等产品,评估早期滞留、长期engraftment、分布和组织整合,区分长期细胞替代与短期旁分泌作用。

9、可以开展心肌再生相关评价

根据项目进一步分析移植物心肌、宿主心肌细胞增殖、组织结构和新生心肌来源,避免仅凭Ki67或EF变化定义心肌再生。

10、可以开展外泌体心脏分布和药效研究

针对静脉、心肌内、冠脉相关或材料缓释方案,评价外泌体在心脏及其他器官的分布,并将实际递送与抗凋亡、抗炎、血管生成和长期心功能连接。

11、可以开展外泌体不同给药时间和频次研究

根据产品半衰期和作用窗口比较急性单次、多次给药以及延迟治疗,判断外泌体主要承担心肌挽救还是长期修复。

12、可以开展生物材料局部滞留和降解评价

针对水凝胶、ECM和贴片观察材料在心肌中的分布、保留、降解和组织整合,并同步分析局部炎症和纤维化反应。

13、可以开展心脏材料力学和重构相关评价

根据产品特点进一步观察室壁厚度、左室扩张以及材料对心室结构和力学负荷的影响,区分机械支撑和真正组织再生。

14、可以开展血管新生和功能灌注评价

结合内皮标志、周细胞和必要的灌注功能,判断新形成的血管是否真正参与缺血心肌供血。

15、可以开展边缘区、梗死区和远隔区分区检测

根据候选产品机制进行标准化区域取材,将心肌保护、瘢痕修复和远隔心室重构分别评价,减少全左室混合取材造成的信息损失。

16、可以开展长期心律失常和安全性评价

针对hPSC-CM、导电材料以及可能改变心肌电活动的产品,根据开发阶段加入ECG、遥测或相关心律失常检测。

17、可以根据第一模型结果设计第二模型

永久LAD阳性以后进入I/R验证再灌注场景,I/R急性药效阳性以后增加延迟给药和慢性重构,复杂细胞和材料产品进一步根据需要升级到大型动物。

细胞、外泌体和生物材料做心梗修复时,永久LAD和I/R没有一个适用于所有产品的固定答案。

永久LAD最大的优势,是能够稳定制造一块真正丢失心肌以后形成的瘢痕。对于需要植入细胞、覆盖贴片、注射材料或者研究长期左室重构的产品,这种模型提供了非常清楚的修复空间。

I/R的优势则来自临床场景。

今天大量急性心梗患者最终会接受PCI,所以未来真正准备进入这类患者的再生产品,必须面对血管已经重新开放、部分心肌已经被救下、再灌注损伤和微循环异常同时存在的心脏。

这两种模型真正适合承担的是不同问题。

永久LAD更适合问:心肌已经丢失以后,我们能不能把心脏修回来。

I/R更适合问:血流已经恢复以后,我们还能不能继续救下更多心肌,并减少随后形成的慢性损伤。

对于细胞、外泌体和生物材料,更成熟的开发策略通常也不需要永久选择其中一个。

可以让永久MI先验证产品有没有真正修复大瘢痕和不良重构的能力,再让I/R检验这种药效到了PCI时代的临床场景中还能不能保留;也可以先在I/R中证明外泌体具有急性心肌保护,再把给药时间向后推,看看离开最容易产生抗凋亡效应的早期窗口以后,它是否仍然能够改变长期瘢痕和心衰。

随着产品进一步向临床推进,还需要把问题继续做得更实际:细胞到底留住了多少,外泌体真正进入了多少心肌,材料能在心脏保持多久,新血管是否真正灌注,新生心肌能不能与宿主同步收缩,以及大量移植物会不会制造新的室性心律失常。

到了这一层,心梗动物实验回答的就不再只是“这个再生产品能不能把LVEF提高几个百分点”。

真正需要回答的是:

它究竟在救尚未死亡的心肌,还是在修复已经丢失的心肌;这种作用离开最有利的动物模型以后还能不能存在;最终的给药方式、治疗时间和安全窗口,又能不能真正走到临床患者身上。

联系我们
Contact us
地址:南京市雨花台区长虹路445号6号楼
电话:86-025-52169496
传真:86-025-52169496
业务咨询专线:17302579479
邮编:210000
邮箱:biornservice@163.com
微信扫码关注
我们的公众号
文字内容为主
小红书APP扫码关注
我们的小红书官方号
短视频博客形式为主
医药企业入口:
全球新药动态、相关政策解读、临床前研究综合解决方案、 临床前研究路径与方案选择指南分享
如您是高校/医院科研人员,请切换至基础科研工作者界面
E-mail
biornservice@163.com
Tel
86-025-52169496
17302579479
微信扫描二维码
快捷添加售前技术
返回顶部
Contact us