生物可降解导电高分子嵌段共聚物在心肌组织工程中的应用

Mature cardiomyocytes are terminally differentiated cells that lack the ability to regenerate. Therefore, plenty of cardiomyocytes undergo apoptosis or necrosis after patients suffer from cardiac problems. Try to increase the number of cardiomyocytes or cardiomyocyte-like cells can improve the heart function of these patients. The project intends to preparation of porous composite scaffolds based on PAP, AP-C-CS, mPEG2k-PLA-AP and AP-g-GA by frozen phase separation method. Through the control of freezing conditions, preparation for pore structure of cardiomyocytes growth. Research under different condition of Pulsed electric stimulation(PES), induced by bone marrow - derived mesenchymal stem cells ( BMSCS ) to differentiate into cardiomyocytes. Formation of cardiomyocytes-polymer complexes in vitro for a period of time, implantation of cardiac defects in vivo animal model of myocardial tissue to repair the lesion of alternative. Scaffolds after degradation of Aniline pentamer ( AP ) is metabolized by the body through kidney, PLA, CS and GA are completely absorbed in the body, these features of scaffold materials give it a good biological safety.

成熟的心肌细胞是终末分化细胞,缺乏再生能力。因此,当患者遭受心脏疾病后,大量的心肌细胞会凋亡和坏死。设法增加心脏内心肌细胞或心肌样细胞的数量能改善此类患者的心功能。本项目拟采用一些列具有生物电活性、体内可吸收的聚乳酸-苯胺五聚体三嵌段共聚物（PAP）、苯胺五聚体交联的壳聚糖（AP-C-CS）、mPEG2k-PLA-AP三嵌段共聚物和苯胺五聚体接枝明胶聚合物（AP-g-GA）为材料，采用冷冻相分离的方法制备多孔复合支架。通过对冷冻条件的控制，制备适合心肌细胞生长的孔隙结构。研究不同脉冲电刺激条件下，诱导骨髓间充质干细胞（BMSCs）向心肌细胞的分化。形成的心肌细胞-材料复合物，在体外培养一定时间后植入心肌缺损的动物模型体内用以修复替代病损的心肌组织。支架降解后的产物苯胺五聚体（AP）、PLA、壳聚糖、明胶等低分子量的共聚物能够在体内吸收通过肾脏排出体外，因此材料具有良好的生物安全性。

合成了一系列具有电活性生物可降解的导电高分子材料，其中包括PLA-PEG-PLA与苯胺四聚体共聚物、电活性可降解的聚电解质多层膜材料(PGA-g-TA/PLL-g-TA)n、聚乳酸与苯胺五聚体的嵌段共聚物（PAP/PLA）、AP-g-GA和AP-C-CS等。对这些合成的导电高分子聚合物进行了一系列的表征，并对这些高分子聚合物的生物学活性和生物相容性进行了检测。这些聚合物均具有良好的电活性和生物相容性。同时对电刺激条件进行了实验，寻找一个最佳的电刺激条件用于材料的细胞的体外实验和动物的体内实验评价工作，实验结果表面100Hz-1KHZ左右的电刺激频率，小于500mV/cm的电压，脉冲方波的电刺激条件能够有效的促进细胞的增殖和分化。使用此电刺激条件用于导电高分子材料的评价工作。此部分工作在第五届中欧生物材料大会上进行了口头报告，并获得很大的关注。在导电高分子生物材料应用方面，将CTA-PLLA-PEG-PLLA-CTA电活性凝胶植入到SD大鼠体内，实验结果说明该材料具有良好的生物相容性，可作为植入材料应用于组织工程。此部分工作已经发表在 Biomacromolecules, 14(6), pp 1904-1912，被引用28次。设计和利用层层自组装方法制备了电活性可降解的聚电解质多层膜材料(PGA-g-TA/PLL-g-TA)n，这种特殊的表面特性和电导性质对MC3T3-E1细胞的粘附、增殖和分化都有很大的益处，此外施加电刺激后还观察到了电活性膜对细胞成骨诱导早期分化具有增强作用。Biomacromolecules, 14(6), pp 1904-1912, 2013/6，已经被引用7次。研究聚乳酸与苯胺五聚体的嵌段共聚物在心肌组织工程中的应用。在特定的电压及(200mV/cm,100Hz)频率的存在下，材料的电活性促进了细胞的增殖。同时,在形态上,出现了类似神经“突触”样的结构。并且电刺激后,细胞内的钙离子浓度有所增加。我们合成制备的这些导电高分子材料在未来的组织工程修复领域均具有广泛的应用前景。尤其在心肌修复、神经修复和骨修复领域有重要的研究价值和科学意义。