现有的对于由冠状动脉引起的心肌埂塞的治疗方法主要是抗血小板和抗血栓形成治疗，球囊血管成形术，支架和冠状动脉搭桥术（CABG）手术。尽管这些方法可以有效的缓解症状，然而并不能起到修复梗塞组织的作用。近期来自医院张燕霞教授团队提出通过海藻酸盐水凝胶包覆载有生长因子IGF-1的丝素蛋白微球的方案：（1）通过生长因子IGF-1可以介导心脏细胞的代谢，凋亡，自噬，衰老和生长并且促进心脏功能恢复；（）通过海藻酸盐与钙离子结合，降低坏死心肌细胞释放的钙离子浓度，从而改善心肌梗死区域的微环境并促进血管生成；（3）通过丝素蛋白作为IGF-1的载体，并包覆有水凝胶形成的载药微球解决了IGF-1半衰期短和身循环中心肌摄取低的问题，使得IGF-1可以持续缓慢释放。如图1所示，该方案制备的复合水凝胶可用在心脏组织工程中心肌梗塞的治疗并促进心肌修复和组织重建。相关论文“SustainedreleaseofbioactiveIGF-1fromasilkfibroinmicrosphere-basedinjectablealginatehydrogelforthetreatmentofmyocardialinfarction”发表在JournalofMaterialsChemistryB期刊。
图1复合水凝胶注入心肌梗塞边界区域并持续释放IGF-1示意图
本文通过同轴喷头挤出制备丝素蛋白微球，接着将IGF-1物理结合至丝素蛋白微球，最后将这些微球装载到不同浓度的藻酸盐溶液中通过加入Ca+制备载有IGF-1的丝素蛋白微球复合水凝胶。如图所示，通过电镜观察制备完成的丝素蛋白微球表面粗糙多孔，大小均匀。复合水凝胶中也显示出良好的多孔结构。如图3所示，通过计数附着在凝胶上的细胞数量来评估H9C细胞在不同凝胶表面上的黏附情况，藻酸盐的浓度范围为1.0％至.5％。结果表明1.5％的复合材料体系最适合H9C细胞附着。
图丝素蛋白与复合水凝胶电镜图
图3复合材料在不同凝胶表面黏附结果图
如图4所示，相较于只有水凝胶或丝素蛋白包裹的IGF-1，水凝胶加丝素蛋白微球的体系能够使IGF-1更加持久的缓慢释放。细胞结果也表面，相较于单独的IGF-1或只有丝素蛋白包裹的IGF-1，水凝胶加丝素蛋白微球/IGF-1的体系具有更好的生物相容性，表现出最明显的增殖能力。
图4释放曲线与细胞增殖结果图
通过测量缺氧处理后H9C细胞的凋亡率来研究水凝胶释放的IGF-1活性。将H9C细胞接种并在这些水凝胶上培养1d，并通过荧光染色研究粘附细胞的形态特征。如图5所示，核染色强度分析表明，在包含IGF-1的组中，细胞凋亡率显着降低，且水凝胶加丝素蛋白微球/IGF-1的体系细胞凋亡率最低。
图5缺氧条件下细胞荧光染色与细胞凋亡率
如图6所示，体内结果表明，7d后，无论是否接受水凝胶治疗，所有组的左心室射血分数（LVEF）值几乎相同。在所有组中，水凝胶加丝素蛋白微球/IGF-1组显示出最低的IL-6和TNF-a（两种典型的炎症因子）浓度，这表明水凝胶加丝素蛋白微球/IGF-1减轻了心肌梗塞后的早期炎症。8d后，水凝胶治疗组的LVEF呈增加趋势，表面与其他组相比水凝胶加丝素蛋白微球/IGF-1组心脏功能改善最大。通过H＆E和马森三色染色，测量了注射水凝胶8天后的壁厚和纤维化情况。如图7所示，组织学结果表明，含IGF-1的水凝胶壁相对较厚，纤维化长度明显缩短，而水凝胶加丝素蛋白微球/IGF-1的梗死面积比最低。因此，这种复合水凝胶的应用可以包括在心脏组织工程中用于治疗心肌梗塞并促进心肌修复和组织重建。
图67、8天超声心动图和LVEF分数
图7马森三色或H＆E染色的心肌切片和马森三色染色统计分析
论文链接：