天津大学李俊杰教授团队 AFM：用于心肌修复的超组织相容和电生理适配的PEDOT基水凝胶

2023-01-27 来源：高分子科技

导电聚合物水分散体PEDOT:PSS已经用于制备组织工程导电水凝胶，增强细胞间电耦合。基于PEDOT的导电水凝胶通过改善心肌细胞的跳动频率、收缩速度和排列结构，在心肌组织工程中展现出潜在的应用前景。但是，PEDOT:PSS只能在低浓度范围内调节以保持细胞相容性，这限制了粘弹性和电性能的调节。这是由于PSS的引入使PEDOT分散体系呈酸性，不利于细胞的生存和增殖，并可能引起严重的炎症反应。因此，迫切需发展一种组织工程用PEDOT水分散体及其相应的水凝胶。

近日，天津大学化工学院李俊杰教授、姚芳莲教授和华北理工大学孙红教授报道了具有超组织相容性和电生理适配性的PEDOT水分散体和水凝胶。该研究利用阴离子多糖模板分散策略，开发了专门用于组织工程的聚（3,4-亚乙二氧基噻吩）：（硫酸葡聚糖/羧甲基壳聚糖）（PEDOT：(DSS/CMCS)）水分散系统。PEDOT:(DSS/CMCS)具有与PEDOT:PSS相当的水分散性和导电性，解决了PEDOT:PSS在细胞相容性和组织相容性方面的不足（图1）。此外，PEDOT:(DSS/CMCS) 可以在温和条件下通过希夫碱反应形成可注射导电水凝胶。本研究采用PEDOT:(DSS/CMCS)和氧化葡聚糖制备了用于心脏修复的可注射导电水凝胶（PDCOH）。PDCOH显示出与心肌相匹配的机械性能和传导性，可以调节纤维化引起的电解耦，防止梗塞恶化。此外，PDCOH可以作为脂肪源性干细胞（ADSCs）的递送载体，改善受损心肌的修复效果，包括抑制心室重塑，减少纤维瘢痕，促进血管再生，恢复电生理和搏动功能。

图1 PEDOT:(DSS/CMCS)的制备与性能

PDCOH具有心肌匹配的导电率和稳定的电荷注入能力，可以将离子介导的生理电信号转换成电子信号。水凝胶内部的丝网状结构使导电网络广泛互联，增加了电荷交换的敏感性。在水凝胶中引入PEDOT促进了心肌细胞的粘附和细胞间的电交流，提高了心肌细胞中电耦合相关的Cx43表达。此外，PDCOH基质上的心肌细胞具有更高的细胞长宽比，表明PDCOH促进了心肌细胞成熟和定向肌节结构的形成（图2）。因此，PDCOH具有促进细胞间的电交流和调节心肌细胞的电生理功能潜力。

图2 PDCOH的电化学性能和对心肌细胞电生理作用

与市售的PEDOT:PSS相比，PEDOT:(DSS/CMCS)具有优越的细胞相容性和组织相容性，几乎不会引起炎症（图3）。为了证明PDCOH在电活性组织修复和功能调控作用，以心脏修复为例，探索PDCOH作为细胞载体来治疗缺血性心肌梗死的潜力。PDCOH联合ADSCs可以有效地抑制心室重塑，促进血管再生并恢复心脏电生理功能（图4,5）。

图3 PDCOH的细胞相容性和组织相容性

图4 PDCOH联合ADSCs的心肌修复效果

图5 心肌组织的免疫荧光分析

该研究成果于1月24日在线发表于国际知名期刊Advanced Functional Materials （DOI: 10.1002/adfm.202211023）上。文章的第一作者为天津大学化工学院博士生于超杰，通讯作者为天津大学化工学院李俊杰教授、姚芳莲教授和华北理工大学孙红教授。该工作得到了国家自然科学基金（U20A20261、31870948、31971250）和天津市自然科学基金（20JCYBJC00660）的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202211023

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（责任编辑：xu）

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