基于納米材料再造心肌組織生物學評價與心梗治療研究.pdf

1、心肌組織工程為缺血性心臟疾病治療提供了新的治療策略。研究人員目前在體外已成功構建了具有節(jié)律性收縮的再造心肌組織或工程化心肌組織(Engineered cardiac tissues, ECTs)，在體內(nèi)心梗修復方面也取得顯著成效。然而，考慮到心肌組織本身的電生理特性，以往用于心肌組織構建的支架材料難以為心肌細胞提供導電微環(huán)境，所構建的ECTs仍缺乏天然心肌的收縮-興奮耦聯(lián)與電傳導特性。近年來，導電納米材料在電傳導特性的組織構建研究中受到

2、研究人員的高度關注，其中石墨烯已被證實在生物醫(yī)學尤其是組織工程研究中具有良好的應用前景。此外，ECTs的體內(nèi)示蹤對于評價其對心梗治療效果及細胞行為至關重要。在諸多標記手段中，氧化鐵納米粒(Iron Oxide Nanoparticles, IRONs)因其良好的生物相容性及易檢測等優(yōu)勢廣泛應用于體內(nèi)細胞移植及ECTs的示蹤中。但針對 IRONs對心肌細胞微結構及細胞活性影響，尤其是三維ECTs中閏盤的形成影響尚不明確。
　　為此，

3、本論文重點闡明IRONs對心肌細胞微結構及細胞活性的影響，尤其是三維ECTs中閏盤形成的影響規(guī)律，并以氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)-明膠為材料，在明確其對棕色脂肪干細胞(Brown Adipose Derived Stem Cells, BADSCs)作用基礎上，研究GO-明膠水凝膠攜帶IRONs標記的BADSCs在心梗心肌中的分布及分化影響規(guī)律，具體研究結果如下：
　　（1）IRONs對心肌細胞微結構及生物

4、活性影響：共沉淀法制備IRONs，表面修飾巰基丁二酸(2,3-Dimercaptosuccinic Acid, DMSA)后制備DMSA-IRONs。通過組織學染色及western blotting等檢測，表明DMSA-IRONs對心肌細胞微結構分布影響較小。同時，在心肌細胞活性影響方面，體外3,3-二氨基聯(lián)苯胺顏色反應證明了DMSA-IRONs能夠發(fā)揮類似過氧化酶的活性降低活性氧(Reactive Oxygen Species, RO

5、S)水平，DMSA-IRONs在H2O2處理的心肌細胞內(nèi)同樣清除了部分ROS，對心肌細胞起到了保護作用。
　　（2）DMSA-IRONs對ECTs中閏盤結構的影響：在基于膠原/Matrigel構建的三維ECTs中，DMSA-IRONs標記后，透射電鏡及普魯士藍染色顯示細胞對DMSA-IRONs的吸收與其在ECTs中的分布位置有關，ECTs邊緣的細胞大量攝取DMSA-IRONs，而ECTs內(nèi)部細胞攝取較少，且內(nèi)吞的DMSA-IRON

6、s分布于細胞質及囊泡中。在閏盤結構形成方面，通過免疫熒光及western blotting檢測，證實DMSA-IRONs促進ECTs中縫隙結構的形成，降低粘著連接及橋粒的形成。
　?。?）GO-明膠水凝膠對BADSCs向心肌細胞分化影響研究：制備含不同濃度GO的甲基丙烯酸酯明膠（GO-GelMA）水凝膠，GO對水凝膠多孔狀結構無明顯影響，但增加了水凝膠的電容性。通過結晶紫染色、MTT檢測等篩選出適合BADSCs粘附及細胞活性的GO

7、-GelMA水凝膠，同時GO的摻入未明顯影響B(tài)ADSCs的增殖，而免疫熒光染色、western blot檢測顯示，GO-GelMA水凝膠明顯促進了BADSCs向心肌細胞的分化及電傳導相關蛋白connexin43的極化分布及表達，并且誘導了ILK-Akt-Erk1/2細胞信號的表達。
　?。?）GO-GelMA水凝膠攜帶摻雜鋅的氧化鐵磁納米粒標記的BADSCs進行的心梗治療研究：利用熱分解鐵前體物質的方法制備摻雜鋅的磁納米粒，經(jīng)DM

8、SA表面修飾制備形成具有良好分散能力的磁納米粒，其大小為4.8±0.6 nm。GO-GelMA水凝膠攜帶磁納米粒標記的BADSCs進行大鼠心梗模型注射，經(jīng)心臟超聲、MRI技術、組織學染色等表明，GO-GelMA水凝膠促進了BADSCs在心梗區(qū)的存活、遷移及分化，并增加了心臟心室壁的厚度，改善了心臟的收縮功能。
　　綜上，本研究首先明確DMSA-IRONs對心肌細胞微結構及細胞活性的影響，證實DMSA-IRONs發(fā)揮類似過氧化物酶活

9、性降低細胞內(nèi)ROS，對心肌細胞起到保護作用；利用三維ECTs研究模型，表明DMSA-IRONs的攝取促進縫隙連接的形成，降低心肌機械性能相關的粘著連接、橋粒斑蛋白表達。另外，在基于導電支架對BADSCs向心肌細胞分化規(guī)律與體內(nèi)心梗移植研究中，GO-GelMA水凝膠增強BADSCs的伸展，促進向心肌細胞分化的同時，誘導電傳導相關蛋白connexin43的表達及ILK-Akt-Erk1/2信號，同時GO-GelMA水凝膠攜帶BADSCs顯著