干细胞来源外泌体负载产氧导电水凝胶：心肌梗死修复的新希望

为解决急性心肌梗死（AMI）后心肌细胞缺氧死亡等问题，研究人员制备产氧导电水凝胶，可改善心脏功能，意义重大。

　　

心肌梗死治疗困境催生新探索

心脏，如同人体的 “发动机”，为全身输送血液，维持生命活动。然而，急性心肌梗死（AMI）却像一颗 “定时炸弹”，随时威胁着心脏健康。AMI 发生时，心脏的血液供应被切断，心肌细胞因缺氧大量死亡，心脏功能严重受损。这不仅会引发心力衰竭等严重并发症，还可能导致患者死亡。据统计，心血管疾病是全球范围内的主要死因，其中 AMI 是导致心力衰竭的重要原因之一。

目前，针对 AMI 的治疗方法存在诸多局限性。临床常用的再灌注治疗，虽然能恢复部分血液供应，但并非对所有患者有效。同时，现有的氧气治疗手段，如高压氧治疗，无法精准控制心脏组织的氧气释放，治疗后组织氧含量迅速下降，难以满足心肌细胞的需求。此外，生物材料疗法虽能在一定程度上促进心肌修复，但无法改变炎症微环境，治疗效果受限。因此，寻找一种更有效的治疗方法迫在眉睫。

为了攻克这一难题，广东省人民医院（广东省医学科学院）、南方医科大学以及佛山市第一人民医院的研究人员开展了一项极具创新性的研究。他们制备了一种新型的产氧导电水凝胶（Exo/Hydro/AuNPs/CAT），并将其应用于 AMI 的治疗。该研究成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》上，为 AMI 的治疗带来了新的希望。

关键技术助力研究突破

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术。首先，通过超速离心、Western blotting、透射电镜（TEM）和纳米颗粒跟踪分析（NTA）等技术分离和鉴定了脂肪来源的间充质干细胞（ADMSCs）分泌的外泌体（Exo）。其次，采用溶液混合和交联反应制备了水凝胶，并利用扫描电子显微镜（SEM）观察其微观结构，确保水凝胶具有良好的孔隙结构，有利于细胞的生长和物质交换。此外，运用流变仪测量水凝胶的凝胶化时间和机械强度，评估其性能。最后，通过体内外实验，如细胞培养、动物模型构建等，研究水凝胶对心肌梗死的治疗效果。

研究结果揭示水凝胶卓越疗效

1. 水凝胶的合成与表征：研究人员成功合成了 Exo / 藻酸盐 / 纤维蛋白水凝胶，并负载了金纳米颗粒（AuNPs）和过氧化氢酶（CAT）。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析证实了 Exo 和 CAT 成功嵌入水凝胶中。SEM 和 TEM 图像显示，水凝胶具有均匀的孔隙结构，AuNPs 均匀分散在水凝胶中，平均粒径为 25nm。水凝胶的凝胶化时间较短，机械强度较高，且具有良好的导电性，其电导率与天然心肌相近，为后续的治疗效果奠定了基础。
2. 水凝胶的降解与治疗效率：在降解实验中，水凝胶在过氧化氢（H₂O₂）/ 磷酸盐缓冲液（PBS）和 PBS 溶液中均能发生降解，且在 H₂O₂/PBS 溶液中降解更快。水凝胶具有良好的抗氧化性能，能够有效清除 DPPH 自由基。同时，水凝胶中的 CAT 能够将 H₂O₂转化为氧气，在缺氧条件下持续释放氧气长达 5 天，为心肌细胞提供了充足的氧气供应，改善了缺氧微环境。
3. 水凝胶的体外活性评估：体外实验表明，水凝胶能够显著提高人脐静脉内皮细胞（HUVECs）、大鼠心脏成纤维细胞（RCFs）和大鼠新生心肌细胞（RNCs）的存活率。在缺氧条件下，Exo/Hydro/CAT 和 Exo/Hydro/AuNPs/CAT 水凝胶组的细胞存活率明显高于对照组。此外，水凝胶还能促进 HUVECs 的迁移和管形成，抑制心肌成纤维细胞向肌成纤维细胞的分化，减少细胞凋亡和坏死，为心肌组织的修复和再生提供了有利条件。
4. 水凝胶对心脏功能的影响：通过对大鼠急性心肌梗死模型的研究发现，水凝胶注射能够显著改善心脏功能。与心肌梗死组相比，Exo/Hydro/CAT 和 Exo/Hydro/AuNPs/CAT 水凝胶组的左心室舒张末期内径（LVIDs）和左心室容积（LV Vols）明显降低，左心室射血分数（LVEF）和左心室短轴缩短率（LVFS）显著提高。同时，水凝胶还能改善心脏的血流动力学参数，如增加主动脉峰值流速（AV peak Vel）、提高 E/A 比值和心输出量（CO），表明水凝胶能够有效修复受损的心脏功能。
5. 水凝胶对心肌组织病理变化的影响：病理分析结果显示，水凝胶能够减少心肌梗死区域的面积，减轻心肌组织的纤维化程度。Masson 三色染色结果表明，Exo/Hydro/AuNPs/CAT 水凝胶组的心肌梗死区域明显小于其他组，且心肌组织的胶原沉积减少，壁厚度增加。此外，水凝胶还能抑制心肌细胞的凋亡，上调抗凋亡蛋白 Bcl-2 的表达，下调促凋亡蛋白 Bax 和 Caspase-3 的表达，降低 Bax/Bcl-2 比值，从而减少心肌细胞的死亡，促进心肌组织的修复。
6. 水凝胶对心肌组织血管生成和转录水平的影响：研究发现，水凝胶能够促进心肌组织的血管生成，增加血管内皮生长因子（VEGF）和血管生成素 - 1（Ang-1）的表达。同时，水凝胶还能上调连接蛋白 43（Cx43）的表达，增强心肌细胞之间的电信号传递，促进心肌细胞的同步收缩，改善心脏功能。此外，水凝胶还能调节心肌组织中与纤维化、凋亡相关基因的表达，抑制心肌纤维化和细胞凋亡，进一步促进心肌组织的修复和再生。

研究结论与展望：开启心肌梗死治疗新篇章

综上所述，本研究成功制备了一种新型的产氧导电水凝胶，该水凝胶具有良好的生物相容性、导电性和氧释放性能。通过体内外实验证实，水凝胶能够有效改善心肌梗死大鼠的心脏功能，减少心肌梗死面积，抑制心肌纤维化和细胞凋亡，促进血管生成。其作用机制可能与水凝胶调节心肌组织的微环境，增加氧气供应，促进细胞存活和增殖，以及调节相关基因的表达有关。

这项研究为 AMI 的治疗提供了一种新的策略和方法，具有重要的临床应用前景。然而，目前该研究仍处于动物实验阶段，未来需要进一步开展大动物模型研究和临床试验，验证水凝胶的安全性和有效性。同时，还需要优化水凝胶的制备工艺，提高其稳定性和可控性，以更好地满足临床治疗的需求。相信在不久的将来，这种新型水凝胶将为 AMI 患者带来新的希望，为心血管疾病的治疗开辟新的道路。