导电复合材料在心肌梗死组织工程治疗领域的应(5)
除了制作成水凝胶外,HOSOYAMA 等[40]制备了一种基于胶原蛋白的心脏补片,该补片由弹性水凝胶层和含金纳米纤维层构成,分别提供了力学支持和导电性能。体内实验表明,该补片能够将心肌梗死的瘢痕组织减少1/4,同时在梗死组织中发现M2 型巨噬细胞相对增多,说明该补片在产生炎性反应的同时也能够促进组织修复,而且在梗死区域发现了CD31+/ɑ-SMA+血管数量的增多,说明与此同时促进了梗死区域血管的再生。以蓖麻油或者聚乙二醇制备的聚氨酯具有优异的抗张强度和突出的高回弹性。有研究者以金纳米管/纳米线为纳米支架结合聚氨酯,通过盐浸出技术制备了具有均匀微孔的心脏补片,将H9C2 心肌细胞在该材料上培养并加用电刺激模拟体内环境,发现心房钠尿肽、钠尿肽前体B、心脏同源框转录因子(Nkx2.5)、肌细胞增强因子2(Mef2c)的表达水平均上调,其中心脏同源框转录因子和肌细胞增强因子2 与心脏的传导密切相关,而心房钠尿肽、钠尿肽前体B 反映了心肌细胞对电刺激的收缩反应,综上表明该补片上的心肌细胞能够维持正常的功能[41]。为了进一步降低贴片的免疫原性,SHEVACH 等[42]将金纳米粒子镶嵌到由患者自身大网膜制作成的脱细胞基质骨架上,并证实了该种贴片有更高的钙瞬变,能够有效抑制成纤维细胞的增殖,同时连接蛋白43 规则地排列在心肌细胞间使补片具有更强的收缩力,并且在体内环境下能够维持稳定状态。如前文所述,心脏补片在使用时有可能会因缝合而对心肌细胞产生损伤,MALKI 等[43]利用金纳米棒能够吸收光并将其转化为热能的特性,利用近红外激光(808 nm)对金纳米棒同蛋白电纺纤维组成的复合支架进行了测试,证明了其能够牢固且安全地附着于心室壁,最大限度地降低由传统缝合方法造成的额外损伤风险。
3 结论与未来展望 Conclusions and future prospects
目前尽管对急性心肌梗死的临床治疗在不断发展,然而在复原正常心肌细胞的生理功能上进展缓慢,心脏组织工程一方面利用天然或者人工合成的材料对梗死区域进行增厚填补,以防止进行性充血性心力衰竭的发生;另外一方面开发新型导电材料来保证心脏电生理的整体一致性。目前,为了进一步完善材料在生物相容性、机械特性等方面的不足,将传统的材料同新型材料相结合,不但能够为心肌细胞提供类细胞外基质的环境,促进细胞的黏附、增殖、分化,增强其机械刚性、柔韧性,促进其生物降解;而且导电材料的加入显著改善了瘢痕区生物电信号的传播,使植入的细胞与宿主心肌相耦合,促进同步舒缩。但值得注意的是,必须考虑到材料结合后形成复合支架的多种特性,如表面特征、疏水性、结构孔隙大小、分子排列形式等,以便能够确保复合材料的优势。同时,在形成复合材料的过程中多涉及到有机溶剂、电化学沉积及多步反应,是否能够确保低细胞毒性、稳定性等目前还没有一个可以准确评估的方法和标准,且目前导电复合材料仅在小动物心肌梗死模型上取得了较富有前景的效果,但还缺乏大动物模型的安全性及有效性验证,并且对其促进心肌电信号同步化的机制还不明确,同时高成本、有创导入方式等也极大地制约了导电材料在心脏组织工程从基础研究向临床的转化。
近年来,在心脏组织工程中将导电复合材料与干细胞相结合用于心肌梗死再生治疗研究也是一大热点和趋势,从胚胎干细胞、多能干细胞到成体干细胞都有涉及,借助其潜在地向心肌细胞分化的能力,多种干细胞类型正在被研究用来治疗心肌梗死[44]。一方面,干细胞本身能够分泌多种细胞因子如血管内皮细胞生长因子、肝细胞生长因子、胰岛样生长因子,还能够以旁分泌的方式来促进分泌;另外一方面,还可以抑制T、B 淋巴细胞的活化和增殖[45]。然而其准确移植率和存活率低(约超过90%的注射干细胞死亡),且即便在特定部位幸存,也因其不具有心肌细胞的电生理特性而无法达到心脏电生理的整合[46]。生物材料能够为干细胞提供附着位点,使干细胞不直接贴附于梗死区域,并且目前复合材料的3D 结构具有丰富的孔隙,在为干细胞提供机械支撑的同时能够保证干细胞的营养物质、氧气等的供给。在前文中,BAO 等[32]将氧化石墨烯、透明质酸及棕色脂肪来源的干细胞相结合来治疗心肌梗死,相比于传统材料在提高了导电性的同时,分化的心肌细胞肌动蛋白、连接蛋白43 表达均增加,一定程度上说明了这一联合治疗方式的可行性,然而目前对于干细胞结合新型导电复合材料治疗心肌梗死的研究相对较少,但从理论上来说导电材料能够更加促进干细胞治疗的疗效。
文章来源:《材料研究学报》 网址: http://www.clyjxbzz.cn/qikandaodu/2021/0301/636.html