PPY-CHI/hEMSC-Exo在心肌梗死治疗中具有显著心脏再生和电传导修复效果

基本信息

英文标题：A Novel Conductive Polypyrrole-Chitosan Hydrogel Containing Human Endometrial Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes Facilitated Sustained Release for Cardiac Repair

中文标题：一种新型的含有人子宫内膜间充质干细胞衍生外泌体的导电聚吡咯-壳聚糖水凝胶用于心脏修复的持续释放

发表期刊：《Advanced Healthcare Materials》

影响因子：10

作者单位：山西医科大学第一医院、山西医科大学附属肿瘤医院妇科等

作者信息：Changping Yan, Xinzhu Wang, Qi Wang, Haiyan Li, Huifang Song, Jingli Zhou, Zexu Peng, Wenjuan Yin, Xuemei Fan, Kun Yang, Bingrui Zhou, Yuxiang Liang, Zengyu Jiang, Yuwei Shi, Sanyuan Zhang, Sheng He, Ren-Ke Li, Jun Xie

研究背景

心肌梗死(MI)导致心肌细胞坏死和导电系统损伤，从而引发心源性猝死和心力衰竭。研究表明，导电生物材料可以恢复心脏传导，但不能促进组织再生。本研究旨在通过将人子宫内膜间充质干细胞(hEMSC)衍生的外泌体(hEMSC-Exo)整合到聚吡咯-壳聚糖(PPY-CHI)中，开发一种可注射的水凝胶，以有效治疗MI。

研究方法

研究中使用了多种实验技术，包括细胞培养、流式细胞术、透射电子显微镜(TEM)、纳米粒子跟踪分析(NTA)、西方印迹(Western blot)、人类细胞因子抗体芯片、RNA测序、免疫荧光染色、TUNEL染色、CCK-8细胞活力测定、PPY-CHI水凝胶的合成与表征、大鼠MI模型的建立与功能评估等。

实验结果

本图主要展示了PPY-CHI/hEMSC-Exo注射改善了心肌梗死后的心脏功能，减少了心室重塑和纤维化的实验结果，包括心脏超声图像、心功能参数测定数据、心脏组织断面的厚度测量、以及Masson三色染色结果。

本图主要展示了PPY-CHI/hEMSC-Exo注射缓解心律失常的实验结果，包括程序电刺激诱导的心律失常图像以及诱发情况指数评分。

本图主要展示了PPY-CHI/hEMSC-Exo在体内通过EGF/PI3K/AKT信号通路发挥促血管生成和抗细胞凋亡作用的结果，包括动脉密度分析、TUNEL染色结果、关键蛋白质表达分析等。

体外实验表明，PPY-CHI/hEMSC-Exo能够减轻H2O2诱导的H9c2细胞凋亡，并促进人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的管腔形成。体内实验显示，PPY-CHI/hEMSC-Exo能够改善MI后的心脏功能，对抗心室重塑和纤维化。这些活动是通过增加EGF/PI3K/AKT信号通路来促进的。此外，PPY-CHI/hEMSC-Exo的导电性能能够重新同步心脏电传导，以减轻心律失常。

研究结论

细胞存活与抗凋亡：通过将hEMSC-Exo整合入PPY-CHI水凝胶中，这种复合材料在体外实验中对过氧化氢(H2O2)引起的细胞凋亡有缓解作用。hEMSC-Exo与PPY-CHI的结合使用，比单独使用hEMSC-Exo或PPY-CHI更有效地保护了心肌细胞。

促进管状结构形成：在体外，PPY-CHI/hEMSC-Exo促进了管状结构的形成，这对于心脏组织的再生至关重要。

改善心脏功能：在体内，PPY-CHI/hEMSC-Exo改善了心肌梗死后的心脏功能，包括心脏的收缩和舒张功能。

抗心室重塑与抗纤维化：PPY-CHI/hEMSC-Exo能够对抗心室重塑和纤维化的过程，这对于防止心脏功能进一步恶化非常重要。促进EGF/PI3K/AKT信号通路：这种复合材料的作用机制之一是通过增加表皮生长因子(EGF)/磷酸肌醇3-激酶(PI3K)/AKT信号通路来实现的，这有助于细胞的存活和再生。

电生理同步性改善：PPY-CHI/hEMSC-Exo的导电性能能够重新同步心脏的电传导，减轻心律失常。

长期效果持续释放：由于exosomes被包含在导电水凝胶中，这为exosomes的长期释放提供了可能，从而使它们的有益效果能够持续发挥。PPY-CHI/hEMSC-Exo将hEMSC-Exo的心脏再生能力与PPY-CHI的导电性能结合起来，通过促进血管生成和抑制凋亡，以及重新同步电传导，从而更有效地治疗MI。因此，将外泌体整合到导电水凝胶中在维持导电性的同时，促进了外泌体的长期释放和其有益效应的持续应用。