心肌内注射水凝胶在微创治疗心肌梗死（MI）方面具有很大的潜力。然而，传统的大体积水凝胶通常缺乏支持组织快速生长的微孔结构和防止心脏衰竭纤维化重构的生化信号。为了解决这些问题，来自加州大学的RandallLee教授团队研发了一种新型的药物释放微孔颗粒，通过微流体制造将疏水性载药纳米颗粒封装到微凝胶中。然后将两种疏水药物加载到微孔支架中，生成微孔支架可以用于大鼠模型MI治疗。相关工作以“InjectableDrug-ReleasingMicroporousAnnealedParticleScaffoldsforTreatingMyocardialInfarction”为题发表在期刊AdvancedFunctionalMaterials。
图1微流体生成药物释放支架用于心肌梗死治疗示意图
多孔的颗粒水凝胶支架的生成如图1所示。将疏水性药物装入纳米颗粒(NPs)中，再将纳米颗粒进一步封装到基质金属蛋白酶(MMP)敏感聚乙二醇(PEG)凝胶珠中，生成药物/NPs凝胶珠。将药物/NPs凝胶颗粒注射到梗死心脏时，可以激活凝胶中的肽K(Pep-K)和肽Q(Pep-Q)键，诱导凝胶微球之间的表面结合，在原位形成连续的多孔MAP支架。作者利用软光刻技术设计并制备了用于制备释药微孔支架的微流控装置(图2A,B)。为了实现药物从释药微孔支架凝胶中持续释放，作者使用可降解聚乳酸(乳酸-乙醇酸)(PLGA)为基础的聚合物制备药物NPs，并在凝胶形成前与水凝胶前驱液混合。荧光图像显示NPs被均匀包裹在凝胶珠中(图2G)。
图2制作药物释放支架示意图
随后作者研究药物和释药微孔支架凝胶的体外细胞评价，这些体外结果证明了释药微孔支架在调节心脏重构细胞方面的有利作用，包括增强心肌细胞存活、抑制成纤维细胞肌分化、促进EC增殖和小管形成。除了药物释放受控外，作者发现与游离NPs相比，嵌入凝胶珠的NPs的细胞摄取显著减少，这可以降低细胞*性和炎症反应。
图3药物和drugMAP凝胶的体外细胞评价最后，为了探讨释药微孔支架对心脏的修复作用，作者建立了大鼠左前降支结扎缺血-再灌注心肌模型。与一般应用的大块水凝胶不同，MAP凝胶块流动性好，可以很容易地注射到高度运动的心脏组织中，停留在植入部位而不发生凝胶脱粒，从而避免了凝胶快速或缓慢的危险。各组在治疗后5周通过组织学和超声心动图分析评估心肌梗死的治疗效果。表明药物(F和R)和水凝胶基机械支持在改善心肌梗死后重构和挽救心脏功能方面各自具有好处。与单独治疗相比，综合FR/释药微孔支架的治疗效果最好。
图4急性心肌梗死模型大鼠心功能评价
综上所述，作者首先开发了一种释药微孔支架水凝胶，加载疏水药物(F和R)，注入缺血心脏，通过提供快速细胞浸润、机械支持和协同药理作用等多功能促进心脏修复。研究结果表明，释药微孔支架在心肌梗死治疗和软组织修复和疾病治疗方面具有巨大的潜力。
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