近日，南方医科大学邱小忠团队在NatureBiomedicalEngineering上发表了题为"Injectableandconductivecardiacpatchesrepairinfarctedmyocardiuminratsandminipigs”的研究论文（图）。开发了一种由甲基丙烯酸化弹性蛋白、明胶以及形状记忆碳纳米管组成的可注射和导电心脏补片，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.文章首页冠状循环阻塞引起的心肌梗塞(MI)是导致死亡的主要原因，由于心肌细胞(CM)的再生能力差，丢失的CM通常被纤维化组织取代，这会阻碍心脏电的完整性，导致不同步收缩和心律失常。工程改造的导电心贴剂，具有通过促进导电集成，同步收缩和加速血管再生，以恢复梗塞组织的功能。然而，仍然需要侵入性（开胸）手术将心脏贴片贴到心脏上，这增加了复杂性并限制了它的治疗潜力。虽然至今有几种用于MI后心脏修复的可注射水凝胶的报道，包括（）注射后原位凝胶化；(2)微凝胶悬浮液；（3）剪切稀化的凝胶。在所有这些情况下，贴剂的形状是在注射后形成的，并且难以控制最终贴剂的胶凝时间、形状和尺寸。这反过来又会导致不规则的形状、不均匀的宏观结构和功能的不一致。可注射的预制支架贴片可以解决这些限制。在本文中，作者报告了用于MI后心脏组织修复的形状记忆心脏贴片。贴片由高导电性和可注射的弹性蛋白-明胶-碳纳米管制成，并具有分级多孔结构。为了赋予高柔韧性和弹性，使用了两步法。首先，互连的分层大孔形态是通过冰晶模板创建的，利于形状记忆可压缩性。而微孔结构是通过去除可清洗的表面活性剂形成的，以提高支架的可压缩性和导电性。其次，使用柔性生物材料桥接刚性碳纳米管以形成弹簧状网络。在各种类型的弹性蛋白中，机械强度较弱的超柔水溶性弹性蛋白肽用于桥接碳纳米管。超软弹性蛋白线圈为支架提供了高柔韧性，而碳纳米管则增强了弱机械强度。添加明胶(GL)以调整支架的机械性能。设计的心脏贴片显示出高导电性、柔韧性、可压缩性、水驱动的形状记忆行为和接近零的压缩泊松比。这些特征为MI后心脏组织的功能修复提供了一种有吸引力的策略。此外，作者还评估了无细胞支架或CM种植支架在MI的大鼠和猪模型中的组织修复程度。制备甲基丙烯酸化弹性蛋白和GL以用于MI后心脏修复的导电和可注射支架。用高浓度CNT悬浮液与甲基丙烯酸化弹性蛋白-GL（EG）充分混合，通过冷冻凝胶化获得导电EGC支架。通过冰晶模板形成3-25μm的互连大孔。支架壁显示出由EG包围的孔径为2-nm的交织微孔CNT网状结构（图2）。图2.可注射导电心脏贴片的制作由于互连的大孔结构和高柔韧性，水凝胶中的水可以被挤出以减少支架体积。去除施加的应力后，支架迅速吸水，恢复其原始形状，因此表现出水驱动的形状记忆行为。在没有弹性蛋白的情况下，将CNT掺入GL冷冻凝胶显着增加了刚度。机械性能可以通过调整EG比例来调整，从而增加弹性蛋白增强支架的柔韧性。为了进一步评估其动态机械性能，EGC20支架在水下30,秒以0rads-的振荡剪切速率暴露于20%的剪切应变。在此期间，EGC20支架保持恒定的储能模量，没有任何机械疲劳或失效，表现出良好的水下动态弹性。高度集中的CNT网状结构建立了一个良好互连的导电网络，它点亮了连接电路中的发光二极管(LED)灯泡（图3）。图3.EGC支架的机械和电气性能导电EGC20支架具有高柔韧性、压缩弹性和接近零的泊松比，在低应力下表现出形状记忆可注射性。为了检查体内微创植入导电支架的可行性，EGC20支架通过导管输送到猪模型的心脏上。在没有开胸手术的情况下，通过胸腔镜下胸腔视野中的医用胸导管（24FR；外径和内径分别为7mm和6.5mm）植入支架。导管中压缩的EGC20支架在没有任何损伤的情况下被输送到心脏上，随后，当液体在支架周围流动时，其形状恢复。在体内贴片递送期间，应用纤维蛋白胶通过类似的微创方法将贴片固定到心脏（图4）。图4.EGC20支架的可注射性高导电性和灵活性都可以赋予工程心脏贴片同步收缩。心脏补片的同步收缩可以促进植入补片与梗死心肌的整合，通过再同步治疗恢复心脏功能。为了评估导电心脏贴片的同步收缩功能，作者研究了在支架上培养的RCM中与兴奋-收缩耦合密切相关的钙瞬变。在所有EGC贴片中，EGC20贴片显示出最高频率的钙瞬变。与GL和EG贴片相比，在GC5和GC0贴片中检测到更高频率的钙瞬变。在强大而同步的钙动员的基础上，在培养的第7天，整个EGC20贴片的同步收缩在肉眼下可见。从上述体外结果来看，超柔性和高导电性的EGC20支架在所有支架中表现出最佳的RCM同步电激活性能。因此，进一步研究了EGC20贴片的体内电集成，结果发现，导电和弹性心脏贴片有利于梗塞心脏的电整合和激发传播（图5）。图5.RCM中的钙瞬变和MI大鼠模型中的电响应在观察到补片良好的机械性能和电性能之后，作者随后将补片移植到梗死的大鼠心脏上进行功能评估。在所有治疗组中，RECP组对梗死心脏的血运重建效果最好。从本文描述的结果中，作者推断支架的柔韧性作为心脏补片是必不可少的，可有效改善MI后的心脏功能和心脏修复。此外，对于柔性基板，心脏补片的导电性增加对心脏修复更有效（图6）。图6.通过超声心动图分析评估心脏功能，并在MI大鼠模型中对心脏切片进行组织学观察作者进一步评估EGC20在MI小型猪模型中心脏修复的效果。猪心脏的解剖结构和跳动特性与人心脏相似，通常使用人源细胞作为猪梗塞心脏的治疗细胞.从人类多能干细胞(hPSCs)分化而来的人类CMs(HCMs)被接种到EGC20支架中以构建HCM-EGC20心脏贴片（HECPs），然后植入猪梗塞的心脏。结果强烈表明使用EGC20作为心脏功能贴片的潜力通过减少疤痕厚度、改善心脏功能和促进血运重建来修复（图7,8,9）。
图7.注射HCM后和在小型猪中植入EGC20和HECP后的组织学评估
图8.小型猪梗塞心脏心肌再生的评估图9.小型猪梗塞心脏心肌再生的评估综上所述，作者开发了一种由甲基丙烯酸化弹性蛋白、明胶以及形状记忆碳纳米管组成的可注射和导电心脏补片，经体内植入该心脏补片，可减弱左心室重塑，恢复心脏功能。参考文献：WangL,LiuY,YeG,HeY,LiB,GuanY,GongB,MequanintK,XingMMQ,QiuX.Injectableandconductivecardiacpatchesrepairinfarctedmyocardiuminratsandminipigs.NatBiomedEng.Sep30.doi:0./s-02--9.Epubaheadofprint.PMID:.预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇
