生物陶瓷复合水凝胶用于心肌再生修复生物学机制的研究

Myocardial infarction (MI) remains the major cause of death and disability in the world. Although stem cell transplantation and growth factor therapy are under trial, they are still facing great challenges for clinical applications. Stem cell transplantation remains unsatisfactory because of the restricted cell survival and poor understanding of cell fate after transplantation. As for growth factor therapy, the main reason is the difficulty in the accurate control of the release and the maintenance of the activity of growth factors and potential carcinogenic effects should also be given careful consideration. Previous studies have shown that bioactive ions released from bioceramics can induce vascularization and promote the proliferation of cardiomyocytes in a certain concentration range. In order to overcome the limitations of stem cell transplantation and growth factor therapy, strontium silicate bioceramic/albumin composite hydrogels which can release Si-Sr bioactive ions controllably are designed and the biological mechanisms of Si-Sr bioactive ions on myocardial repair-related cells including fibroblast, endothelial cells, vascular smooth muscle cell and cardiomyocytes are studied. Moreover, the repair effect of composite hydrogel on cardiac function and heart remodeling post MI in vivo is also evaluated. This study is designed the bioceramic composite hydrogels with the release of bioactive ions sustainedly to induce in situ self-repair of myocardial tissue, which may provide a new strategy for myocardial regeneration and repair.

心血管系统疾病是全球范围内人类死亡最主要的疾病之一。目前临床上治疗受损心肌的主要方法有干细胞移植和使用成血管生长因子再血管化治疗，但由于干细胞定植存活困难，生长因子活性难以长期保持以及潜在的致癌副作用，治疗效果并不理想。前期研究表明生物活性陶瓷释放的生物活性离子在一定的浓度范围内能够诱导成血管细胞血管化并且能够促进心肌细胞增殖并维持其活性。为克服干细胞移植和生长因子疗法的局限性，本项目拟利用硅-锶离子能够促进血管新生同时能够促进心肌细胞增殖并能维持其活性的生物学效应，设计可持续释放硅-锶离子的硅酸锶生物陶瓷/白蛋白复合水凝胶体系用于受损心肌原位修复。系统研究硅-锶离子对心肌修复相关细胞的促进作用及相关的作用机制，通过体内实验评价复合水凝胶对受损心肌的修复效果。本项目通过生物活性离子原位持续释放诱导心肌组织原位自我修复的方法，将为心肌再生修复的研究提供新的思路。

心血管系统疾病是目前全球范围内人类死亡最主要的疾病之一。实现心肌组织修复至少需要包括以下两个方面：一是实现血管新生从而为受损区域提供新的血供，二是能够抑制心肌细胞凋亡从而促进心肌细胞增殖并能维持其活性。目前临床上治疗受损心肌的主要方法有干细胞移植和使用成血管生长因子再血管化治疗，但由于干细胞定植和存活困难，生长因子活性难以长期保持以及潜在的致癌副作用，治疗效果并不理想。前期研究表明生物活性陶瓷释放的生物活性离子在一定的浓度范围内能够诱导成血管细胞血管化并且能够促进心肌细胞增殖。为克服干细胞移植和生长因子疗法的局限性，本项目系统研究了生物活性Sr离子对心肌修复相关细胞的调控作用，具体包括Sr离子促进血管形成的最佳作用浓度和作用机制以及Sr离子维持心肌细胞活性和缺氧损伤后的修复抗凋亡的生物学机制，在此基础上，基于Sr离子最佳作用浓度设计具有可控离子释放和可注射性的Sr离子复合白蛋白水凝胶，最后通过体内动物实验验证了其对心梗后心功能恢复和心肌组织修复的效果。同时，本项目将生物活性陶瓷复合水凝胶拓展到干细胞疗法治疗心肌梗死领域。为提高干细胞疗法治疗心梗的效率，设计并制备了具有自愈合功能的生物玻璃/γ-聚谷氨酸/壳聚糖(BG/γ-PGA/CS)复合水凝胶，通过激活干细胞来提高心肌细胞的活力，从而修复心梗损伤的心脏组织。本项目开发的生物陶瓷复合水凝胶为心梗心肌组织的修复提供了新的可行的方法。