综述：用于治疗心律失常的导电纳米材料的进展以及生物评估策略的未来发展方向

《Advanced Healthcare Materials》：Advances in Conductive Nanomaterials for Cardiac Arrhythmia and Future Directions in Bioevaluation Strategies

心脏心律失常（CA）的纳米材料治疗研究进展，重点探讨了导电纳米材料如金纳米颗粒（AuNPs）、碳纳米管（CNTs）和共轭聚合物（CPs）在促进心肌细胞电耦合、修复心肌组织中的潜力。传统治疗方法存在局限性，而纳米材料通过药物递送、组织工程和电刺激增强治疗效果。动物模型部分强调斑马鱼、果蝇和线虫作为小型生物模型在药物筛选和毒性评估中的优势，但需结合大动物模型（如猪、狗）进行临床转化验证。研究指出当前纳米材料应用仍面临生物相容性、长期安全性和疗效验证的挑战，建议通过多尺度模型加速转化。

　　心脏性心律失常（CA）是一种由不规则心律引起的疾病，影响了几乎90%的心血管疾病患者。CA通常由心肌梗死（MI）或离子通道功能障碍引发，传统的治疗方法包括起搏器、电复律、消融术以及抗心律失常药物。近年来，新兴的策略如心脏补片和含有导电纳米材料（CNMs）的可注射制剂，显示出在心肌梗死后恢复心脏节律的潜力。本文综述了CNMs，如金纳米颗粒、碳纳米管和共轭聚合物，这些材料在电学和力学特性上能够模拟天然心脏组织。虽然体外研究结果令人鼓舞，但将这些CNMs应用于临床仍面临挑战。目前，仅有少数研究评估了其在啮齿类动物模型中的安全性和有效性，而针对更大动物模型的研究则几乎没有。这一研究空白源于大动物研究的复杂性和伦理挑战。为了解决这一问题，本文提倡使用小型动物模型，如斑马鱼、果蝇和秀丽隐杆线虫，以研究药代动力学、药效学、遗传效应以及心脏参数如射血分数和心输出量，这些数据在体外难以获得。这样的平台能够比二维或三维培养更有效地评估CNMs的安全性和有效性，从而加速其向临床应用的进程。

心血管疾病（CVDs）影响着循环系统和心脏，导致全球32%的死亡率和欧洲45%的死亡率，仍然是全球首要的死亡原因。CVDs主要包括冠状动脉疾病、瓣膜疾病、动脉瘤、心律失常、心肌病、心包炎和心力衰竭等。其中，心律失常（CA）是最常见的病症之一，90%的心脏病患者会出现心律失常症状，且与18%的心脏病死亡率相关。CA是由于心脏细胞之间的电信号传导异常而引起的，这可能表现为心动过速（心率超过100次/分钟）或心动过缓（心率低于60次/分钟）。心动过速进一步分为两种类型，分别起源于心房或房室结（AVN）和心室。心脏传导系统（CCS）是心脏肌肉收缩的关键，由窦房结（SA node）、房室结（AVN）、希氏束和浦肯野纤维组成，负责心脏的节律性跳动。

传统的CA治疗策略包括药物治疗和外部或手术干预。药物治疗通常使用抗心律失常药物，这些药物可以针对心脏节律相关的离子通道进行干预。外部治疗包括起搏器植入、直流电复律和射频（RF）消融术。起搏器常用于治疗心动过缓和某些类型的心动过速、晕厥和心力衰竭。起搏器通过连接设备的导线与心脏建立联系，以调节心脏节律。它们能够生成动作电位并传播电信号，从而引发去极化和收缩。然而，起搏器存在一些局限性，例如手术的侵入性、导线位移或故障的风险，以及电池寿命有限（通常为10-15年），需要持续监测，增加了长期维护成本。此外，还可能引发严重的不良反应，如血肿、气胸、心肌穿孔、免疫排斥和血栓形成。

另一方面，直流电复律治疗通过外部电击来恢复心脏的不规则电传导，使窦房结能够调节心率。虽然直流电复律是非侵入性的，但需要长期使用抗心律失常药物来维持恢复的功能，这可能增加心律失常复发的风险。此外，直流电复律还可能引发血栓和栓塞，增加突发心脏死亡和中风的风险。

随着纳米技术的发展，纳米材料在心血管疾病的诊断和治疗中的应用逐渐增多。特别是在过去十年（2015-2025），纳米材料在心血管疾病治疗中的研究呈现出显著的增长趋势。纳米材料可以用于药物递送、生物成像以及组织工程支架等应用，有助于心脏再生和修复。然而，将这些纳米材料转化为临床应用仍面临诸多挑战，尤其是其在大型动物模型中的安全性评估。由于大型动物研究的复杂性和伦理问题，相关的研究仍较为有限。因此，使用小型动物模型，如斑马鱼、果蝇和秀丽隐杆线虫，成为一种替代方案。这些模型能够提供关于药代动力学、药效学、遗传效应和心脏参数的宝贵信息，从而为纳米材料的临床转化提供支持。

近年来，纳米材料在心脏治疗中的应用成为研究热点。这些材料不仅能够改善心脏组织的电传导，还可能促进细胞之间的电偶联，提高心脏收缩的同步性。此外，一些研究已经展示了纳米材料在心脏组织工程中的潜力，例如通过提高细胞附着、成熟和电偶联，从而改善心脏功能。然而，这些材料在临床转化过程中仍需进一步研究，特别是在大型动物模型和人类相关模型中的应用。因此，使用小型动物模型进行安全性评估和功能研究，成为推动纳米材料临床应用的重要途径。

在研究心脏纳米材料的过程中，研究人员发现了多种具有导电性的纳米材料，如碳纳米管、金纳米颗粒和共轭聚合物。这些材料不仅具有优异的导电性，还能通过调整其表面特性、尺寸和化学组成，提高其生物相容性和功能。例如，碳纳米管因其高机械强度和导电性，被广泛用于心脏组织工程。通过改变其浓度和表面修饰，可以提高其在体外和体内的性能。同时，一些研究还探索了这些纳米材料在心脏再生和修复中的作用，例如通过改善细胞的电偶联和细胞间的通信，从而提高心脏收缩的同步性和效率。

金纳米颗粒由于其良好的生物相容性和导电性，也被广泛应用于心脏治疗。例如，一些研究使用了肽修饰的金纳米颗粒，以提高其在心脏组织中的靶向性和生物相容性。这种策略可以减少药物在体内的非靶向积累，提高治疗效果。此外，金纳米颗粒还可以通过其导电性改善心脏的电传导，从而促进心脏组织的修复和再生。

共轭聚合物（CPs）由于其独特的电导性和结构特性，也被用于心脏治疗。这些材料可以通过调整其表面修饰和掺杂，提高其在体内的性能。例如，一些研究使用了聚苯胺（PANI）和聚吡咯（PPy）等共轭聚合物，以改善心脏组织的电传导和收缩功能。此外，这些材料还具有良好的生物相容性和可调节的机械性能，使得它们成为心脏组织工程的有力工具。

综上所述，尽管纳米材料在心脏治疗中展现出广阔的前景，但其在临床转化过程中仍面临诸多挑战。使用小型动物模型进行研究，可以提供关于药物安全性、有效性以及心脏功能的宝贵信息。然而，这些模型在评估长期效果和生物相容性方面仍存在局限性。因此，进一步研究和优化这些材料，使其能够更好地模拟心脏组织的电学和力学特性，是推动其向临床应用的重要方向。同时，结合多种纳米材料和生物相容性高的支架材料，可能有助于提高心脏治疗的效果和安全性。