基于功能化碳纳米管复合水凝胶基因递送体系过表达Fstl 1蛋白对心梗治疗的研究

Cardiac tissue engineering is a vital approach to the treatment of myocardial infarction. Either cardiac patch-based or injectable material-based method has great improvements recently. Target delivery of nucleic acids ,proteins or cells into heart or the surroundings of heart lesions directly modulates the microenvironment of infarcted heart, and effectively restores the heart function after infarction. Significant progress has been made in related research, however, there remains problems unsolved. Using bio-materials as carriers for nucleic acids delivery is an important application of gene therapy in cardiovascular disease treatment. But the traditional carriers used in gene delivery including viral vector and non-viral vector both have limitations and potential risks to some extent. Carbon nanotube is a novel nucleic acid carrier with high transfection rate and low cell toxicity making it an ideal gene carrier. This project will establish the delivery system for overexpression of Fstl 1 protein via injectable functional carbon nanotubes hydrogel based material both in vitro and in vivo. We will use this delivery system to modulate the microenvironment after myocardial infarction, and target the treatment of myocardial infarction in animal model. Our project will provide research basis for future study of cardiac tissue engineering.

心肌组织工程构建在心梗治疗中具有非常重要的意义，基于心肌补片和可注射材料的治疗方法都取得了相当多的进展。其中，利用材料携带核酸小分子、蛋白、细胞等的治疗方法通过调控心梗微环境，恢复心梗后心脏功能，相关研究已经取得了明显进展，但仍有很多问题尚未解决。基于生物材料载体递送核酸分子是基因治疗在心血管疾病中的重要应用。然而，基因治疗中所用的传统载体，包括病毒类或非病毒类载体都具有一定的局限性和潜在的危险性。碳纳米管作为一种新型的核酸载体，具有高的细胞转染效率和低的细胞毒性，是十分理想的载体材料。本项目通过使用功能化碳纳米管复合水凝胶的可注射材料，搭建可以有效递送对心肌功能有重要作用的心肌因子Fstl 1的平台，在体外和体内过表达Fstl 1蛋白，干预心梗微环境，针对心梗动物模型进行治疗，并为将来的心肌组织工程构建提供研究的基础。

利用工程心肌组织(ECTs)是一种修复和替换心肌梗死患者心肌组织的新策略，特别是在后期。然而，包括细胞支架相互作用在内的ECTs的发展机制尚未被完全了解，尽管它们与它们的治疗效果密切相关。我们的目的是通过单细胞测序分析来确定心肌细胞在三维支架微环境中的命运，以及它们在产生ECTs的细胞多样性中的作用。与心脏再生过程中观察到的心肌细胞可塑性相一致，三维支架中心肌细胞出现了去分化，在对新的支架微环境的适应性反应中，出现了正常细胞骨架组织的初始缺失。心肌细胞在这一过程中恢复了其增殖潜能，并在不同的发育阶段逐渐发育成心肌细胞，产生异质再生的ECTs。心肌细胞经历去分化和再分化发育过程以重塑形成ECT。研究中我们发现随着心肌细胞去分化M1型巨噬细胞逐渐减少，随着心肌细胞再分化，M2型巨噬细胞逐渐增多，提示其在去分化和再分化中起重要作用。我们也将单细胞测序技术用于ECT中，首次从单细胞水平阐明ECT的异质细胞成分，并发现了一类具有高增殖活性的间质样细胞。它被认为是看护细胞参与心肌细胞发育和成熟，以及ECTs的组织和功能形成。本研究为深入了解工程化心肌组织重塑过程中心肌细胞的发育和装配，提高工程心肌组织质量和心肌梗死治疗效果提供了重要依据。