《Biomaterials and Biosystems》：Electroactive Hydrogel Scaffolds for Myocardial Infarction Repair: Integrating MXene, Ginseng-Derived Bioactives, and 3D Bioprinting
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心血管疾病（CVDs）仍是导致死亡的首要原因，心肌梗死（MI）驱动心力衰竭与残疾的发生。心肌梗死后成体心肌细胞再生能力有限，促使富含胶原的瘢痕形成。修复过程涉及炎症、增殖和成熟阶段，伴随核因子κB（NF-κB）与丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路、基质金属
心血管疾病（CVDs）仍是导致死亡的首要原因，心肌梗死（MI）驱动心力衰竭与残疾的发生。心肌梗死后成体心肌细胞再生能力有限，促使富含胶原的瘢痕形成。修复过程涉及炎症、增殖和成熟阶段，伴随核因子κB（NF-κB）与丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路、基质金属蛋白酶（MMP）活性、细胞外基质（ECM）周转、成纤维细胞活化、血管生成及瘢痕重塑。尽管急性管理和二级预防取得进展，当前疗法仍无法实现具有天然样力学、血管和电学整合特性的心肌再生。电活性水凝胶旨在利用石墨烯衍生物、碳纳米管（CNTs）、金属纳米结构、导电聚合物如聚苯胺（PANI）、聚吡咯（PPy）和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT:PSS）或MXene来缓解电学不连续性。MXene是水相可加工、导电的二维材料，但其氧化不稳定性、剂量与配方依赖性细胞毒性、不确定的降解产物命运与生物分布，以及有限的长期安全性证据制约了其在心脏中的应用。人参源生物活性成分在心血管模型中显示出抗氧化、抗炎、抗凋亡和抗纤维化活性，尽管支架递送需要标准化组成、剂量、释放、稳定性和相互作用测试。三维（3D）生物打印提供结构与空间控制，但仅凭可打印性无法确立血管整合、机电耦合或治疗效果。本综述比较了水凝胶形式、导电材料、聚乙二醇（PEG）/聚（ε-己内酯）（PCL）支架、MXene、人参源生物活性成分和生物制造在性能、证据成熟度、生物安全性、制造、质量控制和监管转化方面的差异。整合的PEG/PCL/MXene/人参平台仍属临床前设计概念，尚未成为经过验证的疗法。
论文解读文章
研究背景与现存问题
心血管疾病是全球首要致死原因，心肌梗死作为其主要表现形式，可导致进行性心力衰竭和功能障碍。心肌梗死后，成年心肌细胞有限的自我更新能力使得受损区域被胶原丰富的纤维瘢痕所取代，这一过程涉及炎症、增殖和成熟三个重叠阶段，伴随NF-κB和MAPK信号通路激活、MMP介导的ECM重塑、成纤维细胞活化、血管新生及瘢痕重构。尽管再灌注治疗和药物二级预防显著改善了急性期预后，但现有疗法仍无法实现具有天然心肌力学性能、血管网络和电学整合特性的功能性再生。
心脏组织工程领域探索了基于细胞和无细胞策略的可注射水凝胶、心外膜贴片和局部递送系统。然而，转化应用仍受限于材料滞留率低、血管化不充分、免疫激活、力学失配、降解不可控、机电耦联不足以及长期耐久性不确定等多重障碍。电活性水凝胶通过引入导电组分试图恢复梗死区域的电学连续性，但各类导电材料均存在各自的生物安全性和长期稳定性问题。MXene作为新兴的二维导电材料，具有高电子电导率、亲水性表面官能团、大界面面积和水相可加工性等优势，但其氧化不稳定性、剂量依赖性细胞毒性、降解产物命运不明以及缺乏长期安全性证据，使其心脏应用受到严格审视。人参源生物活性成分在心血管模型中展现出抗氧化、抗炎、抗凋亡和抗纤维化潜力，但支架递送系统需要明确的成分标准化、剂量控制、释放动力学和稳定性验证。3D生物打印为构建复杂组织结构提供了空间控制能力，但可打印性本身并不能保证血管整合、机电耦联或治疗功效。
研究内容与核心结论
本综述系统性地比较了水凝胶平台、导电材料类别、PEG/PCL基质、MXene、人参源生物活性成分及生物制造技术在心梗修复中的性能表现、证据成熟度、生物安全性、制造可行性和监管转化前景。研究明确指出，整合的PEG/PCL/MXene/人参平台目前仍属临床前设计概念，尚未经过完整心肌梗死模型验证，组件层面的证据不能直接外推至完整平台的有效性。
关键技术方法
研究人员综合分析了多项临床前研究数据，涵盖不同动物模型（小鼠、大鼠、兔、犬、猪）和递送方式（心肌内注射、经心内膜导管注射、心外膜贴片）。证据来源包括可注射海藻酸盐、胶原基质、纤维蛋白贴片、脱细胞心肌ECM水凝胶、透明质酸-明胶复合体系、角蛋白水凝胶、丝胶蛋白水凝胶、壳聚糖-透明质酸/丝素蛋白贴片、PEG/PCL超分子水凝胶、导电OPF/氧化石墨烯水凝胶、PEDOT:PSS体系、MXene复合水凝胶以及3D生物打印心脏贴片等多种平台。临床证据包括Algisyl-LVR在78例晚期心衰患者中的研究、VentriGel首次人体试验以及BioVAT-HF的I-II期临床研究（n=20）。
研究结果
心肌梗死病理生理作为生物材料设计框架
急性缺血性损伤导致不可逆心肌细胞丢失、代谢功能障碍和兴奋-收缩耦联破坏。缺血抑制氧化磷酸化和ATP产生，增加无氧糖酵解和乳酸积累，扰乱线粒体氧化还原和离子稳态。肌浆网与线粒体之间的钙转运失调、线粒体钙超载以及SERCA2a和NCX表达的区域性变化损害钙循环和收缩功能。修复过程分为炎症期（0-4天）、增殖期（4-14天）和成熟重塑期（>14天），各阶段对生物材料提出了不同的力学、免疫调节、血管化、降解和电学设计要求。
水凝胶平台用于心肌修复
水凝胶可模拟ECM特征、保留治疗性载荷并提供临时力学支持。天然水凝胶提供细胞交互基序但批次间变异大、降解快；合成PEG/PCL基质可重复性高但需粘附或生物活性线索；混合系统可平衡这些特性但增加分析、制造和监管复杂性。代表性平台包括海藻酸盐+脂肪干细胞、胶原基质、纤维蛋白贴片+骨髓间充质干细胞、明胶片+碱性成纤维细胞生长因子、脱细胞心肌ECM水凝胶、透明质酸-明胶+心脏球来源细胞、角蛋白水凝胶、丝胶蛋白水凝胶、壳聚糖-透明质酸/丝素蛋白贴片等。多数平台仍处于临床前阶段，功能获益需结合滞留率、降解、血管化、纤维化、免疫反应、心律失常、血栓形成和耐久性等综合评估。
生物制造与3D/4D生物打印
生物制造和3D生物打印实现生物材料、细胞和生物线索的空间控制。心脏生物墨水需平衡可打印性与细胞相容性、凝胶化、顺应性、降解、营养传输和电学与收缩成熟度。患者特异性iPSC和ECM衍生生物墨水已实现厚血管化贴片和心脏样结构的构建，但具有临床相关力产生、电生理稳定性、处理和耐久整合的成熟泵支持结构仍未实现。FRESH v2.0技术实现了约20μm的未修饰胶原特征和新生大鼠心脏尺度结构。4D生物制造引入程序化制造后变化，GelMA/PEGDA贴片在慢性小鼠心梗中适应心外膜并评估4个月，支持力学适应性，但灌注、免疫相容性、致瘤性、致心律失常性、储存和GMP生产仍待解决。
功能材料组分
PEG/PCL基质：PEG因其亲水性、低非特异性蛋白吸附和化学多功能性而被广泛使用，但未修饰PEG生物学上被动，非降解PEG水凝胶仅增加梗死壁厚度而未阻止不良重塑。PCL支持支架加工和增强，但其疏水性和缓慢降解限制水合、细胞交互和及时重塑。PCL-PEG-PCL支架弹性模量达338-705MPa，超过软心肌的千帕级行为，更适合作为增强框架而非体心肌模拟水凝胶。
MXene电活性：MXene的组成、片径、缺陷、表面官能团、残余刻蚀剂、层间物种、氧化状态、纯化和储存历史均可影响分散性、电导率、降解和生物反应。Ti?C低温凝胶促进心肌细胞成熟并改善啮齿动物心梗修复；气溶胶喷射沉积Ti?C?T?到PEG水凝胶产生空间图案化导电路径并改善心肌细胞排列；可注射和粘附MXene水凝胶在啮齿动物中显示短期功能获益。但导电性能需与填料剂量、分散、空间均匀性、各向异性、降解、组织耦联和节律安全性一起评估。MXene氧化、结构损伤和填料-水凝胶接触丧失可能破坏导电通路，炎症环境中的活性氧、酶和重复力学应变可能改变Ti?C?T?完整性和电导率。
人参源生物活性成分：人参皂苷组成和丰度随Panax物种、植物部位、品种和加工条件变化。全提取物保留更广泛的多组分药理学但化学异质性使鉴定测试、效力分配、杂质控制和批次可比性复杂化；纯化人参皂苷如Rb1、Rg1、Re、Rd和Rg2提供更化学定义明确的起始点。Rb1/聚多巴胺纳米颗粒负载羧化壳聚糖水凝胶调节mtDNA-STING串扰、巨噬细胞表型、氧化应激、纤维化和不良重塑；转谷氨酰胺酶响应可注射导电水凝胶持续递送人参皂苷Rg5，减轻纤维化、改善左心室电学均一性并涉及cGMP-PKG信号通路改变。
讨论与结论
本综述强调，多组分设计使效应归因复杂化，功能、血管或结构获益不能确立成熟、电整合的再肌肉化。MXene证据仍为短期和啮齿动物基础，未解决慢性生物分布、降解产物命运、血栓形成性、免疫原性或致心律失常风险。导电材料类之间无普遍最优者，性能取决于配方和测试条件。生物安全性评估应超越细胞活力，涵盖残余刻蚀剂、释放纳米片和降解产物与免疫细胞、内皮、血小板、补体和血浆蛋白的相互作用。可注射产品需进行溶血、凝血、血小板/补体激活、栓塞风险、全身暴露、生物分布和清除测试；心外膜产品需额外评估心包炎症、包裹、粘附耐久性和心脏运动下颗粒释放。
研究结论认为，MXene应定位为新兴的水相可加工添加剂，而非普遍优越或临床验证的心脏材料。人参源生物活性成分是候选辅助载荷用于微环境调节，而非结构或导电组分。整合的PEG/PCL/MXene/人参平台仍属临床前设计概念，需要因子设计或适当匹配的简化配方比较来证明各组分附加价值，并需在大型动物模型、慢性节律安全性、制造放大和监管路径方面进行系统验证。
