细胞移植在心肌梗死后的心脏修复中具有良好的应用前景。然而，由于梗死区域内存在缺血缺氧，炎症反应和氧化应激等恶劣的微环境，移植细胞的存活率和整合率极低。生物材料的发展为细胞疗法提供了新的可能，大量可以模拟细胞外基质的生物材料被开发出来用于辅助移植细胞进行心脏修复，这种策略不仅能清除部分活性氧以保护细胞免受氧化应激损伤，而且相关导电功能性材料还能重建梗死后心脏的同步收缩功能。然而，受疏水性限制，掺杂的导电材料容易在亲水性凝胶基质中聚集成团，进而导致支架材料电信号传导不连续并且材料的机械性能不均匀，同时，导电成分固有的化学惰性和低附着力也限制了其在心脏组织修复工程中的应用。

  近日，南方医科大学邱小忠教授与蔡延滨副教授课题组合作在《Composites Part B: Engineering》期刊上发表了题为“An injectable and conductive TEMPOL/polypyrrole integrated peptide co-assembly hydrogel promotes functional maturation of cardiomyocytes for myocardial infarction repair”的文章。通过将导电聚合物聚吡咯与多组分共组装多肽特异性结合，构建了一种可清除活性氧的导电水凝胶(R&C-Gel)。课题组人员对材料进行相关表征，证实了共组装水凝胶具有导电性，抗氧化性，触变性，可注射性及表面孔状结构，表明R&C-Gel是一种理想的细胞植入载体。在体外实验中，R&C-Gel能有效地清除心肌细胞内的活性氧，减少缺氧缺糖条件下的细胞凋亡，增强心肌细胞的电传导和收缩功能。同时，在心肌梗死大鼠模型中R&C-Gel包裹原代乳鼠心肌细胞（NRCMs）能显著促进心脏修复和重建心功能，如减少细胞凋亡，增加缝隙连接形成，提高射血分数，缩小纤维化面积等。该研究为心脏组织工程多功能导电水凝胶的设计和构建提供了新的思路。南方医科大学的战捷博士为本文的第一作者，本项目得到了国家自然科学基金、广东省基础和应用基础研究基金和中国博士后科学基金创新计划等的支持。

【本文要点】

（1）ROS清除/导电复合水凝胶的设计及表征

（2）复合水凝胶对乳鼠原代心肌细胞氧化应激损伤的影响

（3）复合水凝胶体外抗细胞凋亡和NRCMs功能的相关研究

（4）复合水凝胶包裹NRCMs改善心梗后心脏功能和减轻纤维化

图4：心肌梗死大鼠注射裹载NRCMs的复合水凝胶对左心功能的影响。A)移植7天后心肌梗死区移植细胞的滞留效果。B)R-Gel、C-Gel、R&C-Gel包裹NRCMs治疗4周后心脏超声心动图。左心功能参数：C)LVFS、D)LVEF、E)LVIDs和F)LVIDd。

图5：注射裹载NRCMs的复合水凝胶4周后对心肌梗死的修复作用。A)对大鼠心脏切片进行Masson染色，并对R-Gel、C-Gel和R&C-Gel的心肌梗死面积进行定量。B)大鼠心脏切片天狼星红染色及定量瘢痕大小。

（5）复合水凝胶包裹NRCMs改善梗死心肌ROS升高和电传导功能障碍

图6：注射包裹NRCMs的复合水凝胶4周后，可见心肌梗死区ROS微环境改善及缝隙连接形成。A) 不同水凝胶包裹NRCMs处理的大鼠心脏梗死区DHE染色图像和B)相对荧光定量。C) 不同水凝胶包裹包裹NRCMs处理的大鼠心脏梗死区DCFH-DA染色图像和D)相对荧光定量。E) 不同水凝胶包裹CMs处理的大鼠心脏梗死区TUNEL染色图像和F)阳性细胞(绿色)相对荧光定量。G) 不同水凝胶包裹CMs处理的大鼠心脏梗死区免疫荧光染色CX-43(红色)和α-SA(绿色)，H) CX-43阳性细胞比率。

  文章链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.109794

通讯作者简介

  邱小忠教授：博士生导师，广东省组织构建与检测重点实验室主任，南方医科大学第五附属医院副院长，广东省特支计划百千万工程领军人才，中国人体解剖学会血管学分会常务理事；广东省生物物理学会常务理事；广东省生物医学工程学会生物材料专业委员会副主任委员；“中国临床解剖学杂志”编委。主要从事组织工程研究, 研究方向主要包括心血管组织工程、肿瘤组织工程、骨组织工程以及细胞与生物材料的相互作用。以通讯作者/第一作者在Nat. Biomed. Eng., Adv Fun Mat等期刊上发表论文60余篇。主持国家基金重点项目、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金专项基金、广东省科技计划项目重大专项、广东省重点项目以及广州市重点项目等项目10余项。

  蔡延滨副教授：硕士生导师，广东省药理学会心血管专委会常委，广东省病生学会心血管青年委员会委员，主要从事小分子多肽水凝胶体系及其生物医学应用的研究，具体包括：基于自组装多肽的新型抗癌纳米药物；多肽自组装的纳米荧光探针的构建及其在生物检测中的应用；多肽自组装材料及生物相容性水凝胶材料在心血管疾病中的应用。以第一或通讯作者在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Biomaterials等学术期刊上发表SCI论文20余篇。主持国家自然科学基金2项，广东省自然科学基金2项。