血小板膜联合PLGA-心脏干细胞纳米粒用于心肌梗死后心脏修复的作用研究

Biomaterials combined with stem cells to treat myocardial infarction (MI) has become research focus. Platelets could adhere to the injured endothelium through glycoprotein on the membrane. Our previous study has investigated that platelet membrane (PM) derived from platelet could express glycoprotein CD42b. Additionally, we have fabricated PM-PLGA-cardiac stem cell (CSC) nanoparticle through coating PM on the surface of PLGA particle containing conditioned media harvested from CSC, which is abundant of growth factors. The size of PM-PLGA-CSC nanoparticle is nano. Herein, the hypothesis is PM-PLGA-CSC nanoparticle could target repair MI heart, which inherit the targeting function from PM and therapeutic effect from encapsulated conditioned media. In present project, we plan to characterize PM-PLGA-CSC nanoparticle and evaluate the control release function. The biocompatibility and protective effect on cardiomyocytes will be explored. Adhesive ability of PM-PLGA-CSC nanoparticle to endothelia cell together with the role of CD42b in adherence process will be further analyzed. In addition, we will explore the organ biodistribution and targeting repair function of PM-PLGA-CSC nanoparticle in rat ischemia/reperfusion model. This study will provide novel theoretical basis for targeting repair of MI.

生物材料结合干细胞治疗心肌梗死（MI）成为研究热点。血小板通过细胞膜表面的糖蛋白实现对损伤内皮的粘附。我们的前期研究发现血小板膜（PM）可表达糖蛋白CD42b；利用可降解生物材料PLGA包裹富含生长因子的心脏干细胞（CSCs）条件培养液，外部装载PM,可以形成直径为纳米级的血小板膜联合PLGA-心脏干细胞（PM-PLGA-CSC）纳米粒。我们假设PM-PLGA-CSC纳米粒具有靶向损伤血管内皮的能力，可有效修复MI心脏。本项目拟评估PM-PLGA-CSC纳米粒的表征和缓释功能；利用体外细胞系统研究纳米粒的生物相容性、心肌细胞保护性和内皮粘附性，探索CD42b在粘附中的作用机制；建立大鼠心肌缺血／再灌注模型，分析PM-PLGA-CSC纳米粒的器官分布、靶向修复作用及机制。本研究可为靶向修复MI心脏提供新的理论依据。

心血管疾病，尤其是心肌梗死（myocardial infarction, MI）及心肌梗死后心力衰竭在全世界范围内具有较高的发病率和死亡率。心肌梗死伴随大量心肌细胞的坏死，进而导致心室重构（心肌细胞的数量减少、功能下降和细胞外间质改变），最终逐步发展为心力衰竭。目前认为，单纯干细胞移植治疗MI仍面临诸多问题。其中最主要的问题是移植干细胞的滞留率和存活率低，缺乏靶向性等。去细胞治疗的方法为改善心肌梗死后心室重构提供新的治疗策略。去细胞治疗的方式之一是通过生物材料优化细胞的旁分泌机制发挥作用。其中，可降解生物材料PLGA作为基因和蛋白缓释系统的载体，其结构特性具有明显优势。循环中的血小板具有天然的靶向缺血损伤区域的能力，这种靶向功能主要由血小板膜 (platelet membrane, PM) 表面的糖蛋白起作用。心肌梗死时，血管壁的损伤暴露血管内皮下基质包括胶原蛋白等，血小板依赖膜表面的糖蛋白识别损伤内皮并聚集。因此，如何利用PM结合生物材料及细胞活性生长因子实现靶向修复是本项目研究的主要科学问题之一。本研究发现，利用PLGA的结构特性合成可缓慢释放细胞活性生长因子的PLGA纳米粒，PM可在PLGA纳米粒的表面修饰形成PM-PLGA纳米粒，进行一系列的特征分析发现PLGA纳米粒和PM-PLGA纳米粒形态均为圆形，PM可包裹在PLGA纳米粒的表面，直径均是纳米级。PM-PLGA纳米粒具有良好的生物相容性，对于心肌细胞具有保护作用。PM-PLGA纳米粒可以粘附到暴露的损伤血管内膜表面。动物实验证明，PM-PLGA纳米粒可以明显改善血管内皮损伤。此外，外泌体作为细胞所分泌的天然纳米级载体，其结构特性成为去细胞治疗的重要途径之一。本项目通过体外细胞实验和心肌梗死模型证实，外泌体可以通过转运miR-342-3p参与心肌梗死后心肌细胞凋亡和自噬的病理过程。该项目的研究有望为靶向修复损伤心脏及血管提供新的理论依据。