可注射生物水凝胶的电活性在心梗治疗中的作用研究

因心肌无再生功能，其内在修复机制作用有限，迄今尚无有效措施逆转心梗后发生的心室重构及功能障碍、并最终发展成死亡率极高的心衰进程。在梗死区注入水凝胶，可适当减弱左室重构及功能障碍，但远未达到治疗要求。研制能为心肌生长修复提供适宜微环境的水凝胶成为提高疗效的关键。电学因素是心肌所处局部微环境之一。电活性高分子生物相容性好，能传递电信号、促进电刺激响应细胞(如心肌细胞)的迁移、粘附、分化和增殖。我们设想，将电活性引入水凝胶，模拟心肌所处的电学微环境，应更能促进梗塞区心肌生长修复。我们在成功合成水溶的电活性苯胺四聚体修饰的多醛基海藻酸钠的基础上，拟以其为交联剂，交联明胶形成电活性水凝胶，将此水凝胶注入梗死心肌，研究电学因素对梗死区细胞长入、心肌修复、左室重构、心功能改善的作用及机制，为生物材料的电学因素在心肌修复中的作用提供理论依据和实践经验，为心梗治疗和心衰预防提供一种安全高效的微注射仿生材料。

本项目的目的是研制能为心梗后心肌生长修复提供适宜微环境的电活性水凝胶，以适当减缓心梗后的心室重构及功能障碍，改善心功能，并探索其促进梗塞区心肌生长修复的能力及作用机制。在项目基金的支持下，通过3年努力，我们按计划完成了工作，并取得了以下成果。首先制备电活性苯胺四聚体（TA）修饰的多醛基海藻酸钠（MASA-TA），再以MASA-TA和多醛基海藻酸钠（MASA）为混合交联剂，交联明胶形成了电活性水凝胶（记为eGel-n，其中n代表TA在水凝胶中的百分质量含量）。随后研究了eGel体内外的降解性能、电活性、生物相容性及对细胞生物学行为的影响等。最后将eGel注入大鼠梗死心肌，通过超声心动图、血流动力学和组织病理学等研究了其对心肌修复、心功能改善的作用。结果表明，调节MASA的氧化程度、水凝胶中三种成分的配比可在一定范围内调节其降解速率、电活性、凝胶化时间等物理化学性能；细胞毒性实验、鸡胚及大鼠体内植入实验表明eGel具有良好的生物相容性；与eGel-0相比，eGel-2.25、eGel-7.19能更好促进细胞的粘附、迁移、增殖和生长；eGel-2.25对梗死心肌修复、心功能改善作用最佳，优于eGel-7.19，更高于生理盐水组。通过以上实验，我们认为eGel可能通过i）为梗塞区提供结构支持、支撑左心室壁、增加疤痕厚度来稳定疤痕、减弱负性重塑，ii）促进各种相关细胞的粘附、长入和生长等来改善心功能、修复心肌，预示该水凝胶在心梗后心肌的修复中具有潜在应用前景。.此外，通过基因治疗在心梗区持续制造生长因子微环境，快速重建心梗区血运，也利于恢复缺血心肌功能。基于此，我们研制了一种高效低毒的脂多糖胺纳米囊泡载体递送血管内皮细胞生长因子基因，结果该基因递送体系在MSCs中获得了超过95%的基因转染效率，且能显著促进斑马鱼血管生成。进一步将电活性水凝胶和该体系共混后注入大鼠缺血下肢，预实验结果表明其能促进大鼠下肢血管生成。未来拟深入进行体内外实验，探索基因增强的电活性水凝胶在心梗治疗中的应用。.上述工作产生了如下知识产权成果：发表6篇研究论文（4篇SCI收录，2篇核心期刊）、另有2篇拟投稿，申请并获授权1项国家发明专利，在国际学术大会报告论文1篇（详见“已取得的成果”部分）。