综述：弹性和导电水凝胶在心肌梗死修复中的应用

《Colloid and Interface Science Communications》：Applications of elastic and conductive hydrogels in myocardial infarction repair

这篇综述系统阐述了弹性和导电水凝胶（ECHs）在心肌梗死（MI）修复中的设计原理与应用进展，重点探讨了其力学增强策略（如交联密度调控、动态键合）、导电材料（如碳基材料、MXene）的整合机制，以及协同细胞（如MSCs、hiPSC-CMs）和生物活性分子（如VEGF、exosomes）的多功能治疗潜力，为心肌组织工程提供了创新理论与临床转化方向。

　　

弹性和导电水凝胶在心肌梗死修复中的前沿进展

引言

心血管疾病是全球死亡的主要原因，而心肌梗死（MI）导致的心肌细胞（CMs）不可逆损失引发纤维化瘢痕和电传导障碍。传统疗法难以恢复电生理微环境，而弹性和导电水凝胶（ECHs）因其可调的力学性能（10-500 kPa）和导电性（5×10^?5-1.6×10^?3 S/cm）成为革命性解决方案。

ECHs的设计原则

力学匹配：通过动态交联（如希夫碱键、金属配位）和纳米材料（如石墨烯、碳纳米管）复合，ECHs模拟心肌的非线性弹性。例如，甲基丙烯酰化明胶（GelMA）与功能化氧化石墨烯（fGO）通过氢键增强储能模量（G′>3 kPa）。

导电网络构建：

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  碳基材料：还原氧化石墨烯（rGO）将导电性提升至2.36×10^?4 S/cm，促进干细胞向心肌样细胞分化。

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  金属纳米颗粒：金纳米颗粒（AuNPs）通过PI3K-AKT通路增强hiPSC-CMs的钙瞬变和收缩同步性。

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  MXene：Ti₃C₂ MXene兼具抗氧化特性，清除ROS并改善电信号传导。

协同治疗策略

细胞递送：人羊水干细胞（hAFSCs）在温敏性ECHs中形成细胞片，分化为心肌样细胞并促进血管新生。导电聚合物PEDOT:PSS提升hiPSC-CMs的肌节长度至2.2 μm，接近成熟心肌水平。

生物活性分子控释：

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  外泌体：pH响应性水凝胶通过动态希夫碱键在梗死区释放MSC-exosomes，激活PI3K/AKT和VEGF通路，减少纤维化。

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  生长因子：VEGF与bFGF共载的ECHs通过ERK信号促进动脉生成，梗死区毛细血管密度提高3倍。

挑战与展望

当前ECHs面临导电填料分散不均、长期生物安全性验证等挑战。未来需开发智能响应性材料（如ROS/pH双敏感水凝胶），并结合3D打印技术构建仿生心肌支架，推动临床转化。

（注：全文数据与结论均基于原文缩写的文献证据，未新增假设性内容。）