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天津大學(xué)李俊杰教授團(tuán)隊(duì) AFM：用于心肌修復(fù)的超組織相容和電生理適配的PEDOT基水凝膠

2023-01-27 來(lái)源：高分子科技

關(guān)鍵詞：超組織相容性電生理適配性 PEDOT水分散體水凝膠心肌修復(fù)

導(dǎo)電聚合物水分散體PEDOT:PSS已經(jīng)用于制備組織工程導(dǎo)電水凝膠，增強(qiáng)細(xì)胞間電耦合。基于PEDOT的導(dǎo)電水凝膠通過(guò)改善心肌細(xì)胞的跳動(dòng)頻率、收縮速度和排列結(jié)構(gòu)，在心肌組織工程中展現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景。但是，PEDOT:PSS只能在低濃度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)以保持細(xì)胞相容性，這限制了粘彈性和電性能的調(diào)節(jié)。這是由于PSS的引入使PEDOT分散體系呈酸性，不利于細(xì)胞的生存和增殖，并可能引起嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)。因此，迫切需發(fā)展一種組織工程用PEDOT水分散體及其相應(yīng)的水凝膠。

近日，天津大學(xué)化工學(xué)院李俊杰教授、姚芳蓮教授和華北理工大學(xué)孫紅教授報(bào)道了具有超組織相容性和電生理適配性的PEDOT水分散體和水凝膠。該研究利用陰離子多糖模板分散策略，開(kāi)發(fā)了專門(mén)用于組織工程的聚（3,4-亞乙二氧基噻吩）：（硫酸葡聚糖/羧甲基殼聚糖）（PEDOT：(DSS/CMCS)）水分散系統(tǒng)。PEDOT:(DSS/CMCS)具有與PEDOT:PSS相當(dāng)?shù)乃稚⑿院蛯?dǎo)電性，解決了PEDOT:PSS在細(xì)胞相容性和組織相容性方面的不足（圖1）。此外，PEDOT:(DSS/CMCS) 可以在溫和條件下通過(guò)希夫堿反應(yīng)形成可注射導(dǎo)電水凝膠。本研究采用PEDOT:(DSS/CMCS)和氧化葡聚糖制備了用于心臟修復(fù)的可注射導(dǎo)電水凝膠（PDCOH）。PDCOH顯示出與心肌相匹配的機(jī)械性能和傳導(dǎo)性，可以調(diào)節(jié)纖維化引起的電解耦，防止梗塞惡化。此外，PDCOH可以作為脂肪源性干細(xì)胞（ADSCs）的遞送載體，改善受損心肌的修復(fù)效果，包括抑制心室重塑，減少纖維瘢痕，促進(jìn)血管再生，恢復(fù)電生理和搏動(dòng)功能。

圖1 PEDOT:(DSS/CMCS)的制備與性能

PDCOH具有心肌匹配的導(dǎo)電率和穩(wěn)定的電荷注入能力，可以將離子介導(dǎo)的生理電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)。水凝膠內(nèi)部的絲網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)廣泛互聯(lián)，增加了電荷交換的敏感性。在水凝膠中引入PEDOT促進(jìn)了心肌細(xì)胞的粘附和細(xì)胞間的電交流，提高了心肌細(xì)胞中電耦合相關(guān)的Cx43表達(dá)。此外，PDCOH基質(zhì)上的心肌細(xì)胞具有更高的細(xì)胞長(zhǎng)寬比，表明PDCOH促進(jìn)了心肌細(xì)胞成熟和定向肌節(jié)結(jié)構(gòu)的形成（圖2）。因此，PDCOH具有促進(jìn)細(xì)胞間的電交流和調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的電生理功能潛力。

圖2 PDCOH的電化學(xué)性能和對(duì)心肌細(xì)胞電生理作用

與市售的PEDOT:PSS相比，PEDOT:(DSS/CMCS)具有優(yōu)越的細(xì)胞相容性和組織相容性，幾乎不會(huì)引起炎癥（圖3）。為了證明PDCOH在電活性組織修復(fù)和功能調(diào)控作用，以心臟修復(fù)為例，探索PDCOH作為細(xì)胞載體來(lái)治療缺血性心肌梗死的潛力。PDCOH聯(lián)合ADSCs可以有效地抑制心室重塑，促進(jìn)血管再生并恢復(fù)心臟電生理功能（圖4,5）。

圖3 PDCOH的細(xì)胞相容性和組織相容性

圖4 PDCOH聯(lián)合ADSCs的心肌修復(fù)效果

圖5 心肌組織的免疫熒光分析

該研究成果于1月24日在線發(fā)表于國(guó)際知名期刊Advanced Functional Materials （DOI: 10.1002/adfm.202211023）上。文章的第一作者為天津大學(xué)化工學(xué)院博士生于超杰，通訊作者為天津大學(xué)化工學(xué)院李俊杰教授、姚芳蓮教授和華北理工大學(xué)孫紅教授。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（U20A20261、31870948、31971250）和天津市自然科學(xué)基金（20JCYBJC00660）的支持。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202211023

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（責(zé)任編輯：xu）

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