前言

? ? ? 缺血引起的心肌梗死(MI)由于其發(fā)病率和死亡率高引起高度關注。心肌梗死后，心肌細胞發(fā)生凋亡、纖維化瘢痕形成和心室重構，嚴重損害心電傳導和同步收縮功能，進而惡化為心律失常和心力衰竭。由于心肌再生能力受限，傳統(tǒng)的冠狀動脈干預對這些并發(fā)癥的治療效果有限，研究人員一直致力于探索組織工程的方式，開發(fā)與梗死心肌機電耦合良好的水凝膠補片以修復受損心肌。

? ? ? 近日，天津大學李俊杰教授，華北理工大學孫紅教授和北京基礎醫(yī)學研究所Changyong Wang教授團隊在《ACS NANO》發(fā)表了題目為：An Intrapericardial Injectable Hydrogel Patch for Mechanical–Electrical Coupling with Infarcted Myocardium的研究論文。

? ? ? 此研究中開發(fā)了一種用于心肌梗死后心臟修復的可注射機電耦合水凝膠補片(MEHP)，通過改善網(wǎng)絡結構的均勻性、動態(tài)交聯(lián)結構和界面濕粘附能力，改善水凝膠補片與梗死心肌的機電耦合性能。MEHP能增強心臟持續(xù)舒張收縮機制的自適應補償能力，聯(lián)合細胞治療可有效防止心室纖維化和重構，促進新生血管，恢復電傳導和同步收縮，促進心臟組織工程的臨床轉化。

關鍵詞

導電聚合物，可注射水凝膠，機電耦合，組織工程，心肌修復，心電標測

研究結果

1.自摻雜b-PANi:凝膠水分散體系的構建

? ? ? b-PANi:凝膠水分散體系具有自摻雜和水分散特性，為獲得具有良好導電性和力學性能的醫(yī)學工程水凝膠提供了前提條件。

2. MEHP的心包內注射與自粘行為

? ? ? 動態(tài)共價硼酸酯鍵和可逆相互作用是形成MEHP的主要動力。PVA中豐富的順-間羥基和b-PANi中的苯硼酸基團可以在不借助外界刺激和內部引發(fā)劑的情況下迅速酯化并誘導MEHP的形成。凝膠與b-PANi之間的氫鍵和靜電相互作用進一步提高了水凝膠的穩(wěn)定性。因此，MEHP結合了原位凝膠化行為和剪切減薄特性，可以快速制備完成，且方便注射到心包腔內。

? ? ? 這種定制的注射過程使MEHP在不受心外膜約束的情況下均勻地鋪成一塊補片，不需要縫線和膠就能夠穩(wěn)定地與動態(tài)變形的組織界面結合。這種微創(chuàng)手術更容易管理和操作，簡化了心包腔內水凝膠的輸送。心包固定和濕組織粘連保證了MEHP與組織界面的穩(wěn)定整合，促進了界面與宿主心肌組織的機電相互作用。

3. 抑制心室擴張和維持每搏輸出量的機械耦合特性

? ? ? 高含水率的MEHP具有抗外力作用下的機械變形的拉伸和壓縮性能。此外，由于具有可逆的動態(tài)交聯(lián)結構，MEHP具有良好的自愈能力，這種自愈性可以抑制微裂紋的擴展并及時修復。MEHP植入心肌后，可彌補連續(xù)舒張收縮壓狀態(tài)引起的損傷缺陷。PVA的順-間羥基和b-PANi的苯硼酸基團之間高度動態(tài)的硼酸酯鍵可以在沒有外部物理刺激的情況下重新結合，并介導強大的愈合力，快速修復材料缺陷，使MEHP達到耐用性和長期穩(wěn)定性。動態(tài)交聯(lián)介導的自適應粘彈性對心肌舒張期和收縮期的應力和應變具有形狀適應的響應，這種自適應的機械耦合與心 肌舒張順應相容，通過補償力學和調節(jié)心室重塑，恢復脈動功能和泵血能力。

4. 重建同步電生理傳導的電耦合能力

? ? ? MEHP具有氧化還原性能和較高的電荷存儲能力，其次低界面阻抗、高電荷注入，組織匹配的電導率和靈敏度賦予MEHP在MI中補償導電的巨大潛力。

? ? ? 文章中采用英國MappingLab公司的微電極陣列(MEA)記錄了在5Hz電刺激下左心室的局部電位。根據(jù)各通道電信號的激活時間來證明MEHP對瘢痕組織電傳導的影響。非導電性纖維瘢痕嚴重阻礙了電傳導，延長了電激活時間，降低了局部電位幅值。MEHP提高了局域電位信號幅值、加速電活動在梗死心肌中的傳導，縮短激活時間。此外，MEHP提高了Cx-43表達水平，提示MEHP促進了心肌電信號通路和電收縮耦合。

5.?MEHP聯(lián)合ADSCs對大鼠心肌梗死的治療作用

? ? ? MEHP創(chuàng)造了電耦合和動態(tài)機械微環(huán)境，促進內皮細胞增殖、粘附和遷移，以增強血管再生。此外， MEHP聯(lián)合ADSCs可降低肝纖維化程度，抑制左心室重塑，促進血管再生。

6.?心臟電生理和舒張收縮功能的協(xié)同恢復

? ? ? 非導電性纖維組織對電刺激和增殖不敏感，導致心室電生理功能障礙。MI組和MEHP組的心臟心尖電刺激，采用MappingLab公司的熒光標測系統(tǒng)標測動作電位和鈣瞬變。繪制了激活時間的傳導圖，觀察電信號在健康和梗死區(qū)域的傳導。證明了MEHP能穩(wěn)定、快速地將組織中離子信號轉化為電信號，電信號通過非傳導性瘢痕組織區(qū)域傳遞到下游區(qū)域，進一步快速激發(fā)存活的心肌細胞完成節(jié)律性收縮，促進電信號傳導，恢復纖維瘢痕組織的電生理功能。多種方法共同驗證了MEHP與ADSCs協(xié)同整合了機械、電和生物信號，以加速電傳導，改善心功能。

研究結論

? ? ? MEHP聯(lián)合細胞治療可有效防止心室纖維化和重構，促進新生血管，恢復電傳導和同步收縮，促進心臟組織工程的臨床轉化。本研究為心臟組織工程微創(chuàng)MEHP的設計和構建提供了一種方法，這種動態(tài)導電生物材料和機電耦合策略將為其他電活性組織修復提供希望。