Biomaterials心梗后修复的 - 心肌梗死专科治疗医院

TUhjnbcbe - 2021/8/29 17:16:00

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近日，南方医科大学邱小忠团队在Biomaterials上发表了题为"Atunableself-healingionichydrogelwithmicroscopichomogeneousconductivityasacardiacpatchformyocardialinfarctionrepair”的研究论文（图）。开发了一种可调节的自修复离子水凝胶（POG），具有合适的可拉伸和压缩特性，自愈性以及在大变形下具有高度稳定的电导率，经体内植入该心脏补片，可减弱左心室重塑，恢复心脏功能。图.文章首页心肌梗死（MI）是全球最主要的死亡原因。心梗后大量心肌细胞丢失，被紊乱的纤维组织所替代，影响了正常心肌细胞与梗死区间电信号传导，从而引起收缩和舒张功能障碍，以及心律不齐等。重建在整个纤维化组织中的正常电脉冲传导已成为MI修复的首要考虑因素。近年来，以水凝胶为基础的工程化心脏补片（ECP）已被证明可通过提高外源细胞的驻留率与存活率来改善梗死后的心功能。许多证据表明，植入性水凝胶ECP可以充当健康组织和受损组织之间的桥梁，触发电脉冲在整个梗塞区域的传导，并最终引起整个心脏组织的同步收缩。然而，迄今为止大多数导电水凝胶存在导电不均匀、不连续及电子导体*性等问题。对具有良好的生物相容性和导电特性以及在微观规模上保持均匀良好连接的导电通道的高级水凝胶ECP的需求不断增长。基于离子导电水凝胶将离子电解质以液态形式掺杂到水凝胶基质中，具有良好导电性、可调的机械性能，可形成连续的导电路径。聚丙烯酸（PAA为FDA批准的食品添加剂中的一种，已被证明具有良好的导电性和生物相容性。该研究将聚丙烯酸PAA引入了氧化藻酸盐（OA）/明胶（Geln）水凝胶基质中，从而形成了一种新型的大孔离子导电水凝胶（POG）。PAA上丰富的–COOH基团为凝胶提供了固有的负电荷，从而将相反电荷的离子吸引到水凝胶中的富水多孔区域。该离子型PAA在水凝胶基质中形成了一条柔软的导电纳米通道（图2）。图2.POG水凝胶的制备及其在心肌梗死修复中的应用的示意图

为了测试POG水凝胶中的电导率相分布，研究人员在微观尺度上进行了隧穿-AFM（TUNA）电导率（图A–D）和AFM相分布分析（图3）。发现POG水凝胶基质在微观水平上具有更大的超均匀电导率，并具有大面积的连接离子通道，该导电PAA通道可动态变形，并在各种压缩和拉伸应变下显示出相对稳定的导电性。

图3.PAA通道确保了POG水凝胶中微纳尺度电导率的超均匀分布心脏补丁在心脏的收缩和松弛过程中会随着缩短和伸长而发生一系列变化。为了证明POG水凝胶的相对弹性和机械稳定性，研究人员进行了应力-应变曲线试验，发现添加PAA使水凝胶同时具有相对的刚性，柔韧性和可延展性，POG水凝胶的伸长率超过％，另外，POG水凝胶的杨氏模量为37.04kPa，与天然心肌的杨氏模量（30-kPa）相近。在循环压缩和拉伸试验下，POG强度损失较小，没有可见的塑性变形（图4）。图4.POG水凝胶具有出色的电导率和可调节的机械特性

水凝胶ECP通常在循环机械力作用下发生变形和破坏，能够在破坏时自动恢复的水凝胶是MI修复的理想材料。经宏观自我修复（和定量流变测试，发现POG水凝胶具有优秀的自我修复能力，修复后的水凝胶保留了与原始水凝胶相似的优异电导率（图5）。

图5.POG水凝胶的自我修复行为

研究发现，在POG水凝胶中心肌细胞以相对定向的方式排列，伸长，相比于其它水凝胶显示出更完整的肌节（图6）。进一步研究表明，在大鼠心梗模型中，POGECP植入治疗改善左心室射血分数，减少梗死区域纤维化，促进血管生成（图7、8）。

图6.在POG水凝胶上观察到明显的心肌细胞定向和伸长

图7.POG水凝胶ECP改善了心室功能障碍

图8.POG水凝胶ECP促进心脏修复和血管新生综上，研究人员开发了可调节的自修复导电水凝胶，具有微观超均质导电性的离子POG水凝胶克服了团聚引起的机械和导电缺陷的瓶颈，展示了其在临床实践中的潜在前景，将为开发MI修复新的有效且安全的优化策略开辟新的视野。参考文献：SongX,WangX,ZhangJ,ShenS,YinW,YeG,WangL,HouH,QiuX.Atunableself-healingionichydrogelwithmicroscopichomogeneousconductivityasacardiacpatchformyocardialinfarctionrepair.Biomaterials.Apr9;:.doi:0.06/j.biomaterials...Epubaheadofprint.PMID:.预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇