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  細胞移植在心肌梗死后的心臟修復中具有良好的應用前景。然而，由于梗死區域內存在缺血缺氧，炎癥反應和氧化應激等惡劣的微環境，移植細胞的存活率和整合率極低。生物材料的發展為細胞療法提供了新的可能，大量可以模擬細胞外基質的生物材料被開發出來用于輔助移植細胞進行心臟修復，這種策略不僅能清除部分活性氧以保護細胞免受氧化應激損傷，而且相關導電功能性材料還能重建梗死后心臟的同步收縮功能。然而，受疏水性限制，摻雜的導電材料容易在親水性凝膠基質中聚集成團，進而導致支架材料電信號傳導不連續并且材料的機械性能不均勻，同時，導電成分固有的化學惰性和低附著力也限制了其在心臟組織修復工程中的應用。

  近日，南方醫科大學邱小忠教授與蔡延濱副教授課題組合作在《Composites Part B: Engineering》期刊上發表了題為“An injectable and conductive TEMPOL/polypyrrole integrated peptide co-assembly hydrogel promotes functional maturation of cardiomyocytes for myocardial infarction repair”的文章。通過將導電聚合物聚吡咯與多組分共組裝多肽特異性結合，構建了一種可清除活性氧的導電水凝膠(R&C-Gel)。課題組人員對材料進行相關表征，證實了共組裝水凝膠具有導電性，抗氧化性，觸變性，可注射性及表面孔狀結構，表明R&C-Gel是一種理想的細胞植入載體。在體外實驗中，R&C-Gel能有效地清除心肌細胞內的活性氧，減少缺氧缺糖條件下的細胞凋亡，增強心肌細胞的電傳導和收縮功能。同時，在心肌梗死大鼠模型中R&C-Gel包裹原代乳鼠心肌細胞（NRCMs）能顯著促進心臟修復和重建心功能，如減少細胞凋亡，增加縫隙連接形成，提高射血分數，縮小纖維化面積等。該研究為心臟組織工程多功能導電水凝膠的設計和構建提供了新的思路。南方醫科大學的戰捷博士為本文的第一作者，本項目得到了國家自然科學基金、廣東省基礎和應用基礎研究基金和中國博士后科學基金創新計劃等的支持。

【本文要點】

（1）ROS清除/導電復合水凝膠的設計及表征

（2）復合水凝膠對乳鼠原代心肌細胞氧化應激損傷的影響

（3）復合水凝膠體外抗細胞凋亡和NRCMs功能的相關研究

（4）復合水凝膠包裹NRCMs改善心梗后心臟功能和減輕纖維化

圖4：心肌梗死大鼠注射裹載NRCMs的復合水凝膠對左心功能的影響。A)移植7天后心肌梗死區移植細胞的滯留效果。B)R-Gel、C-Gel、R&C-Gel包裹NRCMs治療4周后心臟超聲心動圖。左心功能參數：C)LVFS、D)LVEF、E)LVIDs和F)LVIDd。

圖5：注射裹載NRCMs的復合水凝膠4周后對心肌梗死的修復作用。A)對大鼠心臟切片進行Masson染色，并對R-Gel、C-Gel和R&C-Gel的心肌梗死面積進行定量。B)大鼠心臟切片天狼星紅染色及定量瘢痕大小。

（5）復合水凝膠包裹NRCMs改善梗死心肌ROS升高和電傳導功能障礙

圖6：注射包裹NRCMs的復合水凝膠4周后，可見心肌梗死區ROS微環境改善及縫隙連接形成。A) 不同水凝膠包裹NRCMs處理的大鼠心臟梗死區DHE染色圖像和B)相對熒光定量。C) 不同水凝膠包裹包裹NRCMs處理的大鼠心臟梗死區DCFH-DA染色圖像和D)相對熒光定量。E) 不同水凝膠包裹CMs處理的大鼠心臟梗死區TUNEL染色圖像和F)陽性細胞(綠色)相對熒光定量。G) 不同水凝膠包裹CMs處理的大鼠心臟梗死區免疫熒光染色CX-43(紅色)和α-SA(綠色)，H) CX-43陽性細胞比率。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.109794

通訊作者簡介

  邱小忠教授：博士生導師，廣東省組織構建與檢測重點實驗室主任，南方醫科大學第五附屬醫院副院長，廣東省特支計劃百千萬工程領軍人才，中國人體解剖學會血管學分會常務理事；廣東省生物物理學會常務理事；廣東省生物醫學工程學會生物材料專業委員會副主任委員；“中國臨床解剖學雜志”編委。主要從事組織工程研究, 研究方向主要包括心血管組織工程、腫瘤組織工程、骨組織工程以及細胞與生物材料的相互作用。以通訊作者/第一作者在Nat. Biomed. Eng., Adv Fun Mat等期刊上發表論文60余篇。主持國家基金重點項目、國家自然科學基金面上項目、國家自然科學基金專項基金、廣東省科技計劃項目重大專項、廣東省重點項目以及廣州市重點項目等項目10余項。

  蔡延濱副教授：碩士生導師，廣東省藥理學會心血管專委會常委，廣東省病生學會心血管青年委員會委員，主要從事小分子多肽水凝膠體系及其生物醫學應用的研究，具體包括：基于自組裝多肽的新型抗癌納米藥物；多肽自組裝的納米熒光探針的構建及其在生物檢測中的應用；多肽自組裝材料及生物相容性水凝膠材料在心血管疾病中的應用。以第一或通訊作者在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Biomaterials等學術期刊上發表SCI論文20余篇。主持國家自然科學基金2項，廣東省自然科學基金2項。