浙江大学团队 Adv. Sci.：可控自调节HIF-1α稳定剂释放的温敏水凝胶用于心肌梗死治疗
HIF-1α (hypoxia induced factor-1α) 是一种缺氧保护因子，在心肌梗死(MI) 后起着抑制细胞凋亡，抑制纤维化,促进血管化等作用，然而其半衰期较短，无法长时间的高表达。脯氨酸羟化酶抑制剂如DPCA (1,4-dihydrophenonthrolin-4-one-3-carboxylic acid) 可以通过抑制HIF-1α的羟基化作用，抑制其降解，从而提高HIF-1α的稳定性。这一策略已被用于心梗治疗的研究中，并取得了一定的成果。然而，用于心梗治疗的最佳给药方案仍有待探索。
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图1 可控自调节DPCA释放温敏水凝胶用于稳定心梗后HIF-1α的示意图。37°C时疏水性NIPAAm分子间的氢键相互作用和DPCA之间的π-π相互作用诱导形成水凝胶。悬挂在聚合物骨架上的DPCA通过疏水相互作用增强了凝胶化作用。DPCA的释放可以通过酯键的断裂来启动和控制。释放的DPCA作为PHD（脯氨酸羟基化酶）的抑制剂，维持HIF-1α的稳定性，以减轻纤维化和心肌凋亡，促进再生和血管生成。
浙江大学团队设计并合成了可注射、可编程、自调节DPCA释放的温敏水凝胶，用于心肌梗死的治疗（图１）。通过将DPCA连接到PNIPAAm基共聚物的侧链上，构建了水凝胶降解和DPCA缓释的反馈回路，其中π-π和疏水相互作用被用于构建额外的交联点（图2）。共聚物中羧基的引入实现了基于自催化作用的DPCA加速释放（图2）。基于上述设计，该水凝胶在心梗急性期发生暴释，并在心梗炎症和纤维化期以不同的速率实现接近零级的长期释放（图3），以更好匹配疾病不同时期的特征。所有释放DPCA的水凝胶均能上调HIF-1α，减少细胞凋亡，促进血管生成，刺激心肌细胞增殖，从而保持心功能（图4）。DPCA释放速度越快，水凝胶降解速度越快，导致HIF-1α表达量是健康对照组的八倍，在MI治疗中具有更好的治疗效果（图4）。这项研究证明了精确调节HIF-1α表达在治疗MI和其他相关疾病中的价值，并提供了一种基于植入式器械的调控策略。
图2 聚合物的合成与表征。A) PNVD和PNVMD的合成路线。B) 聚合物及其中间体的1H NMR谱图。C) 使用HFIP作为洗脱剂时，聚合物及其中间体的SEC（尺寸排阻色谱）谱图。
图3. PNVD和PNVMD水凝胶的性质。 A) PNVD和PNVMD水凝胶（1 mg mL?1）在不同温度下的粒子尺寸。B) PNVD和PNVMD水凝胶（1 mg mL?1）在25和37 °C下的粒子尺寸分布。插图：PNVD和PNVMD水凝胶（10 wt%）在25和37 °C下的状态。C) PNVD和PNVMD水凝胶在不同温度下的流变学性质。D) PNVD和PNVMD在pH 7.4和5.0下的累积药物释放。红色和黑色的虚线分别代表PNVMD和PNVD的理论药物载量（n = 4）。E) PNVD和PNVMD在pH 7.4和5.0下的药物释放速率（n = 4）。F) PNVD和PNVMD在pH 7.4和5.0下的降解情况（n = 4）。数据以平均值 ± 标准差表示。G)共价键合DPCA近似零级释放的示意图。
图4. 水凝胶对心肌细胞凋亡和再生的影响。A) 水凝胶治疗3天和28天后心脏切片的组织学评估：代表性免疫荧光染色图像显示HIF-1α（绿色），cTnT（红色）和细胞核（蓝色）（3天和28天）；代表性TUNEL染色图像（仅3天）；代表性免疫荧光染色图像显示Cx43（绿色），cTnT（红色）和细胞核（蓝色）（仅28天）；代表性免疫荧光染色图像显示pH3（绿色），cTnT（红色）和细胞核（蓝色）（3天和28天）；代表性免疫荧光染色图像显示Ki67（绿色），cTnT（红色）和细胞核（蓝色）（3天和28天）。白色和黄色箭头分别代表纤维细胞和心肌细胞中的阳性标记。B) 基于(A)中相应的免疫荧光染色图像和TUNEL染色图像，对HIF-1α表达、凋亡、cTnT表达、Cx43表达、pH3表达和Ki67表达的定量分析。统计显著性使用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey事后检验计算，数据以平均值 ± 标准差表示。#p < 0.05, ##p < 0.01, ###p < 0.001, ####p < 0.0001 表示所选组与MI组相比，?p < 0.05, ??p < 0.01, ???p < 0.001, ????p < 0.0001 表示所选组别之间的比较。
该研究以 “Thermosensitive Hydrogel with Programmable, Self-Regulated HIF-1α Stabilizer Release for Myocardial Infarction Treatment”为题发表在《Advanced Science》上（Adv. Sci. 2024, 2408013）。浙江大学博士后邓凯铖，硕士生华语研，硕士生郑厚伟，博士生高颖为文章的共同一作。浙江大学朱旸研究员、任探琛研究员、高长有教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、浙江省“领雁”计划、经血管植入器械国家重点实验室、中央高校基本科研业务费专项资金、浙江大学上海高等研究院繁星科学基金的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/advs.202408013
