酶响应性水凝胶介导的微环境影响心梗后ADSCs移植的机制及功能研究

Myocardial infarction (MI), a serious symptom of coronary heart disease, is the leading cause of morbidity and mortality worldwide. Adipose-derived stem cells (ADSCs) have become one of the most attractive sources of stem cells for cardiovascular regeneration applications because of their ability to differentiate and their potential to induce paracrine actions. However, poor survival rate and limited engraftment of transplanted cells in ischemic myocardium limits the successful use of cell therapy for MI. In this study, we developed a matrix metalloproteinase (MMP)-degradable, insulin-like growth factor 1 domain C (IGF-1C)-conjugated, catechol-modified Hyaluronic Acid (HA-MAMMP-CA-IGF) hydrogel. Specifically, maleimide (MA)-modified HA (MA-HA) macromers were crosslinked with functional MMP-sensitive peptides to permit protease-mediated hydrogel degradation. The HAMMP-CA-IGF hydrogel has the advantages of improving the biocompatibility, strengthening tissue adhesiveness, and enhancing the functions of ADSCs. The aim of this project is to test the cardiac repair of HAMMP-CA-IGF hydrogel combined with ADSCs in a mouse MI model. Here we test the hypothesis that HAMMP-CA-IGF hydrogel can increase the cell viability, reduce the cell apoptosis, modify the ischemic myocardium microenvironment, and enhance the regeneration of ischemic myocardium. This research warrants further investigations as a clinically relevant strategy to improve ADSCs transplantation for MI.

心肌梗死(MI)是一种较为常见的心血管类疾病，具有较高的死亡率。脂肪来源的干细胞 (ADSCs) 作为一种多能干细胞具有较强的分化及旁分泌能力，近年来已经被广泛的应用于心肌梗死疾病的治疗中。但ADSCs在缺氧缺血条件下的低存活率一直是困扰干细胞心肌梗死治疗的难题。本项目研究人员合成了一种有粘附功能的多巴胺（CA）基团，并化学连接了IGF-1C 多肽，通过基质金属蛋白酶（MMP）响应性多肽交联的透明质酸水凝胶（HAMMP-CA-IGF hydrogel）。这种水凝胶具有较强的生物兼容性、组织粘附性、能被MMP降解，可有效提高移植干细胞的存活及生长。本项目拟通过HAMMP-CA-IGF水凝胶负载ADSCs对小鼠MI治疗侧重探讨水凝胶对心梗区域微环境的改善，特别是对移植的ADSCs的抗凋亡，促进干细胞存活方面的作用及发生机制。该研究为ADSCs治疗心肌梗死提供新的思路。

心血管疾病由于其较高的死亡率已经成为威胁人类健康的第一杀手。近年来生物活性材料对心血管疾病的治疗成为研究的热点。..在本项目的第一部分中，我们通过静电纺丝技术制成了一种由聚乙酸内脂（PCL）和I型胶原（Col）构成的亲水生物活性补片（PCL/Col）。PCL/Col补片负载有神经肽P物质（SP）和胰岛生长因子1的C结构域（IGF-1C）的活性多肽。本项目制作小鼠的心脏永久结扎的心肌梗死（MI）模型，移植到心肌的PCL/Col补片可以缓释IGF-1C和SP多肽，有效促进梗死区的血管新生，减少细胞的凋亡。并且提高左心室前壁的厚度，进而增强左心室的功能。..第二部分内容中，我们通过工程化方法将组蛋白脱乙酰化酶7（HDAC7）来源的7Ap多肽负载到I型胶原（Collagen I）构建的水凝胶中。负载7Ap的水凝胶（7Ap-collagen）具有可缓释7Ap活性多肽的功能。进一步制作小鼠MI模型，移植到心肌的7Ap-collagen水凝胶能够促进心脏梗死区血管新生，招募Sca1+内皮祖细胞的迁移及分化，降低心肌细胞凋亡，促进心肌细胞Ki67蛋白的高表达，提高心功能，进而改善心室重塑。..第三部分研究中，本项目构建了具有靶向线粒体特性，有超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性，可清除超氧阴离子O2•-的人工纳米酶（Mito-Fenozyme）, 并合成了具有粘附性的多巴胺-透明质酸水凝胶（HA-CA）, 将负载有纳米酶的水凝胶制成心肌补片（Mitofegel）。 制作小鼠的心肌缺血再灌注（I/R）损伤模型，通过Mitofegel 对I/R损伤进行治疗。结果表明Mitofegel 可有效清除由于再灌注损伤生成的大量超氧阴离子O2•-，减轻氧化应激对心肌损伤，达到心肌保护的效果。.这些研究为生物活性材料和人工纳米酶对MI和I/R治疗提供了新的策略，并为再生医学对心血管疾病治疗提供了新的选择。..研究成果包括发表标注SCI论文3篇，其中IF＞20的1篇，7<IF<10的1篇，2名天津医科大学临床专业5+3学生和一名南开大学博士生参与到了本项目的主要工作。..总之本项目在“人工纳米酶”和“活性水凝胶载体材料”治疗心血管疾病研究中取得了一定的成果。