摘要
心肌梗塞（MI）及随后的心力衰竭是全球死亡和发病的主要原因之一。心肌梗死后，由于血液供应不足，高度有序的心肌组织被相对紊乱的纤维化组织占据，损伤的心肌失去其原有弹性，导致心肌异常收缩和舒张。心肌微环境的变化使得心肌功能细胞在免疫反应下释放活性氧（ROS）等内源性物质，基质降解和胶原沉积促进了瘢痕组织的形成，导致心肌组织和心肌细胞之间的电阻增大，心肌电传导紊乱并伴随心肌不同步收缩。尽管包括细胞治疗、器官移植以及介入治疗在内的治疗方法取得了重大进展，但对于心肌梗死后心室电同步的恢复，心肌收缩-舒张异常，以及过量ROS产生的问题尚未解决。本研究基于临床对心肌梗死后心肌纤维化造成的导电性紊乱、心室壁变薄以及过量活性氧产生等病理微环境的共识，采用心肌组织工程技术构建功能化水凝胶，旨在恢复心肌梗死部位的电传导异常，清除梗死部位过量的活性氧来缓解氧化应激、为心肌提供机械支撑来改善心肌微环境并修复心肌组织。本研究为改善心肌微环境进而修复损伤的心肌提供新思路。本文的研究工作主要分为以下两个部分： （1）基于生物大分子材料透明质酸构建载药导电水凝胶贴片。使用甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）和高碘酸钠对透明质酸（HA）进行化学修饰得到OHA-GMA。将小分子化合物丙烯酸/丙烯酰胺、碳纳米管（CNT）以及人参皂苷（Rg1）引入到水凝胶基质中，通过紫外光引发的自由基聚合反应，得到光响应的水凝胶。通过调节交联剂和导电纳米材料的浓度，使水凝胶的机械性能和导电性与心肌组织的生理性能相适应。水凝胶贴片在100次循环中表现出电导稳定性（ΔR/R0≈2.5）和500次连续加载循环中的机械稳定性，这使得贴片能够承受心肌组织持续收缩和舒张引起的机械损伤。在体外抗氧化实验中，负载Rg1水凝胶对DPPH的清除率在120min达到最大。细胞与水凝胶材料共培养5天后，细胞存活率在80%以上，显示出水凝胶良好的细胞相容性。LPS诱导心肌细胞纤维化实验表明，负载Rg1的水凝胶可以抑制细菌内毒素脂多糖（LPS）引发心肌细胞的纤维化。基于以上的优势，该水凝胶可用作新型心肌贴片，恢复心肌电传导，清除梗死区域过量的活性氧，并为梗死的心肌提供机械支撑，可作为心肌梗死后重塑心肌微环境的新方法。 （2）负载功能性聚左旋乳酸微球的可注射水凝胶的构建。 首先，本研究制作微流控芯片并搭建微流控装置。研究连续相浓度，分散相浓度以及分散相与连续相之间的流速比对微球粒径分布的影响。采用硒代胱胺二盐酸盐化的透明质酸对筛选出的微球进行功能化修饰得到PLLA@HA-Se微球。利用电子扫描显微镜观察微球表面形态。核磁共振氢谱（1H-NMR）和红外光谱（FT-IR）对功能化微球进行结构表征，通过能量色散光谱（EDS）对PLLA@HA-Se进行元素分析，分析发现Se的含量增加至6.84%，表明微球修饰成功。 其次，使用具有良好生物相容性的透明质酸，γ-聚谷氨酸（γ-PGA）和温敏性材料泊洛沙姆F127（F127）为原材料，通过甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）和高碘酸钠对透明质酸进行化学修饰，同时用己二酸二酰肼对γ-PGA进行氨基化修饰，负载功能化PLLA@HA-Se微球后，水凝胶预聚液通过希夫碱交联作用，制备了一种可注射温敏性水凝胶（HA/PGA/F127/PLLA@HA-Se）。在HA/PGA水凝胶中，随着OHA-GMA浓度的升高，HA/PGA水凝胶的压缩模量呈现出先上升后下降的趋势，其中当OHA-GMA的浓度为3wt%时，压缩性能最佳，凝胶化时间而缩短至33±6s。为了满足注射需要，向体系中引入等体积的F127，随着F127的加入，凝胶化时间增加至131±5s，并且该水凝胶在凝胶化时间前后均有良好的可注射性。HA/PGA/F127@PLLA在72h达到溶胀平衡，溶胀率为152.1±5.7%，在平衡后的第8天完全降解。通过DPPH/H2O2/·OH三种活性氧的清除实验，对HA/PGA/F127/PLLA@HA-Se水凝胶的体外抗氧化性能进行评价，实验表明该水凝胶具有优异的抗氧化性能。将水凝胶与处于氧化应激状态的心肌细胞共培养后，水凝胶对细胞内的活性氧具有明显的清除作用。基于上述优势，将其注入到梗死的心肌部位，有望降低氧化应激来改善心肌功能。
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