心肌梗死是最致命的心血管疾病之一，其病因是冠状动脉阻塞导致心肌损伤及纤维疤痕组织形成。心肌组织的改变会引发心脏的电生理和形态学功能障碍，如电信号传导异常和心室扩张，进而降低心脏的收缩能力。[1], [2], [3] 当心肌损伤超出自我修复能力时，就会导致心力衰竭，最终引发死亡。目前，心脏移植是治疗心肌梗死最直接有效的方法，但需考虑移植排斥反应以及长期使用免疫抑制药物的风险。此外，供体短缺也限制了该技术的临床应用。[4] 其他治疗方法还包括将功能性细胞（如成体心肌细胞和干细胞）植入梗死区域。虽然多项基于细胞的疗法临床试验显示出良好前景，但治疗效果仍不尽一致。一个主要问题在于移植细胞与宿主组织的整合较差，会导致与正常心肌的电特性不匹配。此外，梗死区域的导电性不足也会影响间隙连接的形成，进而导致移植心肌细胞的机电耦合失效，最终造成细胞死亡。[5], [6] 因此，恢复心肌微环境中的导电性，以支持宿主组织与移植细胞之间的机电耦合，至关重要。
导电纳米材料是一种极具潜力的支架材料，在心脏工程领域应用广泛，因为它们能够传递电信号，并在心肌组织中传导电磁、电化学及电刺激，这对于维持各个心脏区域的规律同步收缩与舒张周期极为重要。[7] 在众多导电材料中，那些具有生物相容性、机械稳定性且结构与心肌微环境相似的材料，比如聚合物纳米纤维，越来越受到关注。[8], [9] 一些导电聚合物在导电性方面确实优于其他材料，但由于其物理和机械性能存在缺陷（如聚吡咯的刚性过高且易碎，而聚苯胺和聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸因含有大量寡聚苯胺或聚苯乙烯磺酸而导电性较低），使得它们在生物医学应用中的实用性大打折扣。[10], [11], [12] 为了解决这一问题，一种可行的办法是将导电材料掺入绝缘纳米纤维支架中，从而赋予纳米纤维导电性。碳基纳米材料，包括石墨烯和还原氧化石墨烯，是高效的导电掺杂剂，可通过混合或表面涂覆的方式用于改性纳米纤维网状结构。许多研究表明，经还原氧化石墨烯改性的纳米纤维能够恢复心肌的电完整性并促进移植细胞的分化，尤其是在与细胞疗法结合使用时，可显著改善梗死后心肌功能。[8], [13]
除了具有模拟心肌微环境及支撑组织功能的材料外，通常还会搭配与宿主组织细胞相似或能够分化为这类细胞的细胞，以提高再生效果。在组织工程中，人们引入了能够实现广泛交联的功能基团，以此增强宿主组织与移植支架及细胞之间的整合。最典型的策略就是使用载有细胞的注射用水凝胶进行组织工程构建。[14], [15] 通过控制化学性质，比如交联功能基团的比例，可以使得注入的分子在预定时间内发生化学凝胶化，同时还能调整所得水凝胶的机械性能，使其更接近宿主组织，从而实现移植细胞的定向分化及与宿主组织的良好融合。[16], [17] 点击化学是一种有望实现快速原位反应的技术，它能够调控产物的结构和机械性能。[18] 正因如此，点击化学在需要靶向递送和组织工程的生物医学应用中受到了越来越多的关注。[19], [20], [21], [22] 由于叠氮基与二苯并环辛炔基之间的点击反应可在无催化剂条件下以适中速率进行，因此该技术已被广泛应用于多种体内组织工程领域，包括软骨、骨骼、脊髓和心脏等。[23], [24], [25], [26]
在本研究中，我们提出了一种新策略，即使用经还原氧化石墨烯和二苯并环辛炔基团改性的可注射纳米纤维，以及经过代谢糖工程处理、带有叠氮基团的人类诱导多能干细胞衍生心肌细胞，共同用于治疗心肌梗死。这种可注射的预点击-还原氧化石墨烯@纳米纤维材料由断裂的聚己内酯纳米纤维骨架、还原氧化石墨烯涂层以及用于恢复导电性的最外层二苯并环辛炔基团组成，可应用于心肌梗死部位。此外，人类诱导多能干细胞衍生心肌细胞也通过代谢糖工程被添加了叠氮基团，从而形成能与预点击-还原氧化石墨烯@纳米纤维材料发生反应的细胞。当这两种物质共同注入体内时，能够有效地送达心肌梗死区域。预点击-还原氧化石墨烯@纳米纤维材料可通过点击化学反应吸引带有叠氮基团的细胞，从而在宿主组织与移植细胞之间形成桥梁，促进二者整合。同时，这些自由分散的细胞与纳米纤维材料会在心肌梗死区域内发生原位交联，从而填充各种大小和形状不规则的梗死区域。综上，我们的研究提出了一种创新且非侵入性的方法，通过体内细胞与功能性生物材料的原位点击反应来治疗心肌梗死。通过更换用于添加叠氮基团的细胞类型，这种非侵入性的预点击-还原氧化石墨烯@纳米纤维材料与细胞联合疗法在多种组织再生领域具有巨大应用潜力，尤其是那些需要良好导电性的组织。
