导电复合材料在心肌梗死组织工程治疗领域的应(2)
图1 |PubMed 数据库检索策略
图2 |文献筛选流程
其中最常见的技术手段是水凝胶,其在结构上类似于细胞外基质,能够以微创的方式进行注射并在体内降解。设计水凝胶可以使用蛋白质类物质(如胶原蛋白、明胶、纤维蛋白等)或多糖类物质(如透明质酸、海藻酸钠、壳聚糖等)[8]。将导电材料聚吡咯与海藻酸钠结合制成的聚吡咯-海藻酸钠水凝胶,在体外可以增强细胞在支架上的附着和增殖,在体内能够促进瘢痕区域小动脉的形成[9]。CUI 等[10-11]将聚吡咯偶联到壳聚糖骨架上,能够在体外没有电刺激的情况下使彼此分离的心肌细胞簇同步收缩;此外通过对大鼠心脏的心电图进行分析,发现其能够通过缩短QRS 间期、增加动作电位的横向传导来改善梗死区域瘢痕组织的电信号传递,进而改善心功能。由于心脏处于不停地舒缩状态,这就要求生物材料应具备稳定而持久的弹性。SONG 等[12]将热塑性聚乙醇酸外科缝线同聚吡咯在多巴胺聚合形成的薄层上结合,制备出了一种拥有高弹性和良好导电性的复合材料,称之为生物弹簧。一方面,多巴胺作为黏附蛋白中的关键组分不仅可以增强细胞的黏附,还可通过促进血管的形成来改善局部血供;另一方面,形成的三维高弹性结构能够有效地促进电信号的传导,从而改善心脏功能。此外该生弹簧体内应用实验结果显示,左室短轴缩短率和左心室摄血分数分别提高13%和21%,梗死面积减少了34%左右。
另外一种常见的技术手段是心脏薄膜贴片,将贴片移植到瘢痕组织后可以通过支持和增加梗死区厚度来改善心脏功能。HE 等[13]将明胶、甲基丙烯酸酐及聚己内酯通过静电纺丝的技术制成甲基丙烯酸酐-聚己内酯立体结构薄膜,在紫外线下结合多巴胺,再利用超声波的震荡结合上以聚吡咯为主要原料制成的纳米粒子,最终形成一个具有导电性和良好生物相容性的心脏贴片,将其移植到小鼠心肌梗死区域4 周后,梗死面积减少约50%,左室缩短率增加约20%,梗死区新生血管密度较移植前增加了9 倍。薄膜贴片应用时需要将其缝合到心脏表面,这对本来梗死的心脏造成了进一步损伤。LIANG 等[14]制备出了一种可涂布式的导电材料,利用Fe3+引发吡咯与多巴胺原位聚合,同时结合明胶,这不仅改善了吡咯聚合后水溶性差的问题,而且通过多巴胺的作用使得该复合物能够黏附在心脏表面,且不会造成不良的液体渗漏。到目前为止,聚吡咯相关导电材料作为药物载体的研究还鲜有报道。ZANJANIZADEH EZAZI 等[15]首创性地将一种促进心肌修复和再生的药物小分子(3i-1000)装入由聚吡咯、聚甘油癸二酸酯和胶原通过蒸发法制成的智能复合薄膜中,不仅促进了心肌细胞的长期存活,而且通过材料的降解控制了药物的缓慢释放。
过去研究者们一直致力于采用单一的方式来治疗心肌梗死,然而疗效有限。为了进一步提高心脏的功能,WU 等[16]尝试使用可注射水凝胶(由氧化透明质酸钠结合酰肼功能化透明质酸制备)联合心脏补片(由明胶-多巴胺及经多巴胺改良的聚吡咯制备)的综合治疗方法,与单模式系统相比,联合组在抑制左心室的扩张、减少心肌细胞纤维化方面更为显著,同时引起的血管生成活性更高。
2.1.2 聚苯胺 聚苯胺携带有π 共轭主链,可以传导电子而被用作电活性支架,近年来得到了越来越多的关注,尤其因其原料易得、成本低、易于合成、结构形式多样、稳定性高、生物相容性好和具有良好的导电性等优点而被广泛用于心脏组织工程。其中生物相容性、机械性能和导电性是实现心脏再生必不可少的要素。
为了达到心肌细胞再生的目的,首要解决的是细胞相容性问题。而聚苯胺是否有细胞毒性一直存在争议,但有研究表明纯化的聚苯胺具备生物相容性,且将其与其他聚合物结合可以进一步增强其效果[17]。QAZI 等[18]将聚苯胺与类似天然心脏特性的聚(甘油癸二酸酯)结合制成了一种新型导电复合贴片,扫描电镜和荧光图像均证实不同含量聚苯胺制成的贴片都可以支持C2C12 细胞的黏附和增殖。
评价心脏组织工程材料的另一重要指标是适合心脏收缩与舒张活动的机械性能。天然心脏的杨氏模量在 MPa 之间,很多材料并不能满足此要求。为此KAPNISI等[19]开发了一种新的心脏补片设计方法:在壳聚糖-聚苯胺复合材料中设计了凹角蜂窝(蝴蝶结)结构,使其具有负泊松比,通过它的高度可调节性,补片的机械强度和各向异性可以在很广的范围内变化,以匹配天然心脏组织,此外体内、外实验证明其设计对心功能无不良影响。
文章来源:《材料研究学报》 网址: http://www.clyjxbzz.cn/qikandaodu/2021/0301/636.html