一般來說，在心髒病發病期間，患者失去流向心髒肌肉的血液，導致細胞死亡。這塊受損的心肌死亡後形成一個瘢痕組織，這些瘢痕組織不能接收或傳遞必要的電信號，這會引發患者充血性心力衰竭並最終導致死亡。目前，全世界超過1200萬名患者受到這一問題的困擾。

論文的第一作者 Ilya Shadrin表示，“事實上，目前臨床上所有的療法都隻是在減少患者的臨床症狀，但沒有辦法替代已經失去的心肌，因為這些心肌一旦死亡就不能自主再生。但是采用我們的方案，就能夠用體外培養的心肌組織來替換失去功能的壞死心肌。”

從實驗團隊拍攝的視頻中可見，從人幹細胞中培養獲得的人工心髒補丁組織，在一個有蓋的培養皿中可以像心肌一樣跳動。這塊補丁的大小是4厘米×4厘米，比研究人員在2013年製作的人工心肌要大30倍。

研究團隊可以在5周之內培養獲得人工心肌，不過他們需要4個月的時間來培養所需要的幹細胞。實驗中用到的幹細胞技術基於人類誘導多功能幹細胞，來自於皮膚活檢或血液樣本中的體細胞，並進行基因重組。

在這項研究期間，一塊更小尺寸的組織補丁已經在大鼠身上試驗了一個月。結果顯示，能產生心肌收縮和傳導電脈衝。未來，研究團隊將在豬身上進行測試，這項實驗會由阿拉巴拉大學的研究人員負責將補丁移植到豬的心髒上。

值得注意的是，相比於大鼠等動物模型，用於人心髒的補丁還要更厚一些，至少是2-3毫米厚，需具備一個成年人泵血所需要的足夠的心肌力量。

該論文的通訊作者，杜克大學生物醫學工程教授Nenad Bursac 表示，“創建單個心肌細胞已經司空見慣，但研究者們通常是利用小尺寸的組織來研究藥物開發。將尺寸放大到我們實驗中的這個規模之前從未有人做過，它需要大量的生物醫學工程方麵的獨創性。”

Bursac還提到，“創造這個心髒補丁是非常難做到的，因為組織越大就越難保持整體一致的性能。同樣，如何讓這一組織在5周時間內發育成熟，同時實現人類通常需要數年正常發育才能達到的組織特性，這些都極具挑戰。”

Bursac在受損心髒替換和重建領域已經研究了近20年，他稱杜克大學這次研究中測試的這塊補丁是世界上首個能充分滿足人類心髒尺寸的補丁。Bursac認為，“未來這肯定能解決一個大問題，患者可以獲得相對便宜的治療方案，這種方案或許還會變得較為普遍，因為目前心髒移植手術的一個受限因素是捐贈來源短缺，而我們並不存在這個問題。”

當然，把實驗室培養出的一塊組織移植到人的心髒上也會像心髒移植一樣有一些風險和挑戰。外來移植可能會引起患者的排斥，又或者一段時間後這塊人工心肌會失效。更重要的是，這塊會律動的補丁必須和患者本身的心髒律動保持同步，否則就會因心律失常將患者置於危險境地。

這項研究獲得了美國國立衛生研究院(NIH)一項長達7年、總計860萬美元的資助，目前研究隻進行了一年。