集成PEDOT@PMOF纳米填料的氧化还原活性与电活性水凝胶促进心肌梗死后修复

本综述创新性地设计了一种集成PEDOT@PMOF纳米填料的多功能水凝胶（TAlg/PEDOT@PMOF），通过模拟天然抗氧化酶（SOD2/CAT）的锰卟啉金属有机框架（MOF）核心清除活性氧（ROS），并借助聚多巴胺（PDA）介导的聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）涂层恢复电传导功能。该水凝胶在心肌梗死（MI）模型中显著降低氧化应激、改善炎症微环境、修复心脏功能并减少心律失常风险，为心肌组织再生提供了协同治疗策略。

　　

1 引言

心血管疾病是全球首要死因，其中心肌梗死（MI）因冠状动脉阻塞导致心肌缺血坏死，引发活性氧（ROS）过度积累、炎症反应及电生理传导障碍。ROS在MI病理进程中起核心作用：缺血导致线粒体功能障碍和酶系统失调，生成大量超氧阴离子（O₂^·?）和过氧化氢（H₂O₂），加剧细胞凋亡和梗死区扩展。现有抗氧化剂和天然酶存在稳定性差、生物利用度低等问题，而模拟酶结构的纳米材料（如MOF基纳米酶）展现出优势。此外，梗死区纤维化瘢痕缺乏电传导性，需导电材料恢复电耦合。本研究通过集成锰卟啉MOF的抗氧化活性和PEDOT的导电性，构建多功能水凝胶，同步解决MI后的氧化应激和电传导中断问题。

2 结果与讨论

2.1 TAlg/PEDOT@PMOF水凝胶的设计与制备

纳米填料PEDOT@PMOF通过聚多巴胺辅助原位聚合制备。锰(III)-四(4-羧基苯基)卟啉（TCPP-Mn）模拟天然SOD2的催化中心，其Mn(III)中心与锆-氧簇配位形成PCN222-Mn MOF，经PDA涂层修饰后通过静电作用锚定PEDOT，形成核壳结构。透射电镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）证实Mn和S元素均匀分布。水凝胶以甲基丙烯酰化海藻酸（AlgMA）为基体，通过光交联整合细胞黏附肽T16，形成三维多孔网络，具备可注射性和自愈合能力。

2.2 体外SOD与CAT样活性

PEDOT@PMOF通过Mn(III)/Mn(II)/Mn(V)价态转换实现类SOD和类CAT活性。在黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶体系中，纳米填料浓度依赖性地清除O₂^·?；电子顺磁共振（EPR）显示其显著减弱超氧自由基和羟基自由基信号；钛硫酸盐法证实其高效分解H₂O₂。PEDOT涂层增强电荷转移，提升催化效率。

2.3 细胞抗凋亡与炎症表型调控

在H₂O₂诱导的H9C2细胞氧化损伤模型中，TAlg/PEDOT@PMOF处理降低凋亡率（Caspase-3表达下调），上调BCL-2、下调Bax和NF-κB。在LPS刺激的RAW264.7巨噬细胞中，该水凝胶促进M2型极化（CD206⁺升高），抑制M1型（CD86⁺减少），并调节细胞因子谱（IL-10和TGF-β升高，IL-6和TNF-α降低）。

2.4 电活性水凝胶促进细胞亲和与钙瞬变

水凝胶电导率达7.78 × 10^?4 S cm^?1，与心肌组织匹配。循环伏安（CV）和电化学阻抗（EIS）显示PEDOT@PMOF增强电荷转移能力。T16肽修饰提升新生大鼠心肌细胞（NRCMs）黏附铺展，荧光钙指示剂Fluo-4显示TAlg/PEDOT@PMOF组钙瞬变同步性增强，峰值更高，收缩-舒张周期更协调。

2.5 体内ROS清除能力

在大鼠MI模型中，近红外探针Ampliflu Red和二氢乙啶（DHE）染色显示TAlg/PEDOT@PMOF组梗死区H₂O₂和O₂^·?水平显著降低。TUNEL染色和Western blot证实该处理抑制凋亡（BCL-2上调），促进M2巨噬细胞浸润（CD206⁺增加），改善炎症微环境。

2.6 心脏功能与形态改善

超声心动图显示，TAlg/PEDOT@PMOF治疗组在28天后射血分数（EF）和短轴缩短率（FS）显著恢复，心室扩张减轻。Masson染色显示梗死区胶原沉积减少，壁厚保留更好；小麦胚凝集素（WGA）染色表明心肌细胞肥大减轻。

2.7 心脏电生理调控

离体电脉冲实验显示TAlg/PEDOT@PMOF组局部场电位振幅更高，QRS时限缩短。程序性电刺激（PES）诱发心律失常比例降低。连接蛋白43（CX43）在梗死边缘区表达保留，促进电耦合。纳米填料经吲哚菁绿（ICG）标记后显示7天内降解，主要器官无毒性。

3 结论

本研究通过整合抗氧化与导电功能，构建了TAlg/PEDOT@PMOF多功能水凝胶。其核心PCN222-Mn MOF模拟SOD2/CAT催化活性，PEDOT涂层恢复电传导，T16肽增强细胞亲和。在MI模型中，该材料同步清除ROS、抑制凋亡、调节炎症、改善电同步性，为心肌修复提供了协同治疗策略。未来需进一步评估长期安全性与临床转化潜力。