香煙過濾嘴衍生的心臟貼片修復(fù)心肌梗死的研究

圖1. 不同支架的表征
 

2、仿生Cig/(TA-Cu)支架促進(jìn)心肌細(xì)胞的定向生長(zhǎng)

使用F-actin染色顯示了Cig支架相對(duì)于CF支架對(duì)細(xì)胞具有更有利的黏附和排列。接著，通過 live/dead 染色和CCK-8測(cè)定確定了Cig、Cig/TA和Cig/(TA-Cu)支架對(duì)CMs的良好生物相容性。此外，通過SEM觀察了支架中CMs的形態(tài)，發(fā)現(xiàn)在Cig/TA和Cig/(TA-Cu)支架上的CMs擴(kuò)展良好，而在Cig支架上擴(kuò)展較差。最后，使用F-actin染色檢查不同支架中CMs的伸長(zhǎng)和定向情況，結(jié)果顯示Cig/(TA-Cu)支架上的CMs表現(xiàn)出最佳的定向生長(zhǎng)（圖2）。

圖2. CMs在Cig/（TA-Cu）上的生長(zhǎng)和排列
 

3、仿生Cig/(TA-Cu)支架促進(jìn)心肌細(xì)胞的成熟及對(duì)功能的影響

Cig/(TA-Cu)支架能夠促進(jìn)CMs的成熟和細(xì)胞間連接的形成，加快心肌細(xì)胞同步鈣信號(hào)傳播，這表明其具有促進(jìn)心肌細(xì)胞功能的潛力。研究假設(shè)Cig/(TA-Cu)支架載有心肌細(xì)胞后，促進(jìn)心肌細(xì)胞的增殖和修復(fù)，改善瘢痕組織和健康心肌之間的電傳導(dǎo)，從而促進(jìn)心臟的同步跳動(dòng)，可能有助于MI修復(fù)（圖3）。

圖3. Cig/(TA-Cu)支架對(duì)心肌細(xì)胞成熟和功能化的影響
 

4、仿生Cig/(TA-Cu)支架減輕體外氧化應(yīng)激損傷

研究表明，Cig/(TA-Cu)支架具有顯著的抗氧化活性，能夠有效清除自由基，包括DPPH自由基和超氧陰離子。此外，該支架還能夠分解過氧化氫和抑制羥基自由基的產(chǎn)生，而在細(xì)胞水平上，支架能夠減輕氧化應(yīng)激造成的細(xì)胞損傷，降低細(xì)胞內(nèi)ROS的生成�？傊�，該支架具有改善有害ROS微環(huán)境并促進(jìn)CMs存活的潛力（圖4）。

圖4. Cig/（TA-Cu）支架的抗氧化能力
 

5、仿生支架Cig/(TA-Cu)在體外促進(jìn)血管生成

通過增殖實(shí)驗(yàn)、劃痕實(shí)驗(yàn)和管狀結(jié)構(gòu)形成實(shí)驗(yàn)檢測(cè)不同支架對(duì)血管生成的影響。結(jié)果顯示，與其他組相比，Cig/(TA-Cu)組的支架具有更好的生物相容性，可以促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移和管狀結(jié)構(gòu)形成。這些結(jié)果表明，Cig/(TA-Cu)支架可能通過其TA-螯合Cu²⁺功能化平臺(tái)中的Cu²⁺，在促進(jìn)血管生成方面發(fā)揮了重要作用（圖5）。

圖5. Cig/(TA-Cu)支架的體外促血管生成作用
 

6、仿生Cig/(TA-Cu) CP植入清除了梗死區(qū)域的ROS并減少心肌細(xì)胞凋亡

將仿生心肌片（CPs）植入患有心肌梗死的大鼠心臟中，發(fā)現(xiàn)支架能夠顯著降低心肌損傷并減少心肌細(xì)胞凋亡。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，植入的支架能夠有效清除細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激物質(zhì)，并提高抗氧化酶活性，從而促進(jìn)心肌細(xì)胞的恢復(fù)和心肌功能的改善。

圖6. Cig/(TA-Cu) CP植入后3天對(duì)梗死心肌中ROS清除和抗凋亡作用的評(píng)估

 

7、仿生Cig/(TA-Cu) CP植入促進(jìn)心梗后心臟電傳導(dǎo)及心肌修復(fù)

先前的研究發(fā)現(xiàn)，具有導(dǎo)電性的CPs能夠改善心肌梗死區(qū)的電學(xué)整合，這對(duì)于心肌梗死的修復(fù)至關(guān)重要。大鼠心臟手術(shù)第28天，取出心臟，使用電標(biāo)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量正常和梗死心肌組織之間的電傳導(dǎo)速度和局部電位幅度來評(píng)估不同CPs對(duì)電學(xué)整合的影響。結(jié)果顯示，植入Cig CP、Cig/TA CP和Cig/(TA-Cu) CP后，心肌梗死區(qū)的電傳導(dǎo)速度明顯提高，而且Cig/(TA-Cu) CP組表現(xiàn)出最高的傳導(dǎo)速度。此外，Cig/(TA-Cu) CP的植入還顯著提高了局部電位幅度（圖7）。

通過檢測(cè)植入不同CPs后梗死區(qū)的CX43蛋白表達(dá)水平，評(píng)估了電學(xué)整合水平。結(jié)果顯示，在Cig/(TA-Cu)組中，CX43蛋白表達(dá)較多，同時(shí)與CX43蛋白共定位的α-actinin陽性心肌組織也多。這些結(jié)果表明，Cig/(TA-Cu) CP通過降低心肌細(xì)胞凋亡和促進(jìn)心肌組織的存活，促進(jìn)心肌梗死區(qū)的電學(xué)整合（圖8）。

圖7. Cig/(TA-Cu) CP植入后28天心肌梗死區(qū)電傳導(dǎo)的重建
 

圖8. Cig/(TA-Cu) CP在植入28天后對(duì)大鼠心肌梗死模型的修復(fù)效果
 

研究結(jié)論：
該研究成功將廢舊的香煙過濾嘴改造成一種Cig/(TA-Cu)的功能性生物仿生材料，用于修復(fù)心肌梗死。通過對(duì)香煙過濾嘴進(jìn)行簡(jiǎn)單的表面修飾，賦予Cig/(TA-Cu)材料良好的纖維微結(jié)構(gòu)、電導(dǎo)率和機(jī)械性能，使其具備類似天然心肌的特性，這種材料能夠抑制自由基、減少心肌細(xì)胞凋亡、增強(qiáng)心肌細(xì)胞同步收縮和促進(jìn)血管生成，從而改善心臟功能和修復(fù)心肌梗死。研究結(jié)果表明，廢舊的香煙過濾嘴能夠成為構(gòu)建各向異性生物仿生材料的可行、低成本的資源。