微環(huán)境響應(yīng)型水凝膠經(jīng)交感免疫調(diào)控抑制心梗后神經(jīng)與心臟重塑研究

C型利鈉肽（CNP）作為利鈉肽家族的重要成員，通過NPR-C受體通路發(fā)揮心臟保護作用，但其血漿半衰期短（約2.3分鐘）嚴重制約臨床應(yīng)用。信號素3A（Sema3A）雖被證實可改善心肌梗死后心律失常和心臟功能，但其擴散特性導(dǎo)致靶向遞送困難。如何實現(xiàn)這兩種治療分子的精準遞送和協(xié)同增效成為關(guān)鍵科學問題�？勺⑸涞墓δ苄陨�物材料通過顯著增強心臟再生能力，有望治療心力衰竭。已有功能性可注射水凝膠可改善心肌梗死預(yù)后，免疫原性風險小。

基于此，山東第一醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院&山東省千佛山醫(yī)院Yin Jie教授團隊創(chuàng)新性地構(gòu)建了基于苯硼酸酯動態(tài)交聯(lián)的智能響應(yīng)型水凝膠遞送系統(tǒng)（GP-gel）。該體系具有三大技術(shù)突破：1. 雙重響應(yīng)釋放：通過pH/ROS敏感的硼酸酯鍵實現(xiàn)炎癥微環(huán)境觸發(fā)藥物控釋；2. 多功能協(xié)同：CNP（促血管生成）與Sema3A（神經(jīng)調(diào)控）的時空協(xié)同遞送；3.仿生基質(zhì)特性：明膠-聚乙烯醇復(fù)合網(wǎng)絡(luò)提供細胞外基質(zhì)樣支持。該研究首次實現(xiàn)： 心肌微環(huán)境動態(tài)響應(yīng)型藥物遞送、交感-免疫-血管三重調(diào)控協(xié)同及心律失常與心衰的聯(lián)合干預(yù)的效果，為心肌梗死后惡性心律失常和心力衰竭的治療提供了新策略。以上研究成果發(fā)表于Composite Part B: Engerring (1區(qū)：12.7分)

研究結(jié)果精要：
1. 智能響應(yīng)型水凝膠的構(gòu)建與藥物控釋特性
本研究創(chuàng)新性地采用氟苯硼酸修飾明膠（GelPB）與聚乙烯醇（PVA）通過動態(tài)硼酸酯鍵交聯(lián)，構(gòu)建了具有pH/ROS雙重響應(yīng)性的可注射水凝膠（GP-gel）。關(guān)鍵特性驗證顯示：
· 可注射性：
21G針頭順利注射（注射力<5N）
· 流變學特性：
10% w/v濃度下儲能模量（G'）達2.1±0.3 kPa，滿足心肌力學需求
·藥物釋放動力學：
生理條件下：72小時累計釋放率<30%
在pH 5.5/10 mM H₂O₂模擬梗死微環(huán)境時：釋放速率提升3.2倍
· 體內(nèi)滯留性：
Cy5標記示蹤顯示，載藥水凝膠組第7天藥物保留量較游離藥物組高8.7倍

圖1. 功能性藥物負載水凝膠的構(gòu)建

2. 體外心肌的生物相容性和保護效應(yīng)驗證
通過建立缺氧（1% O₂）/氧化應(yīng)激（200 μM H₂O₂）模型，證實：
· 生物安全性：
0.1-10 mg/mL濃度范圍細胞存活率>95%（CCK-8法）
· ROS清除能力：
H₂O₂模型：細胞內(nèi)ROS降低67.3%（DCFH-DA熒光檢測）
缺氧復(fù)氧模型：MDA水平下降54.2%，SOD活性提升2.1倍
· 抗凋亡作用：
TUNEL陽性細胞減少81.5%

圖2. 水凝膠具有良好的生物相容性和體外清除ROS的能力

3. 藥物負載水凝膠改善MI后心肌重構(gòu)和功能
冠狀動脈結(jié)扎模型28天觀察顯示：
· 病理重塑抑制：
纖維化面積顯著降低（Masson染色）
心室壁厚度明顯增加
· 心功能恢復(fù)：
射血分數(shù)（EF）：顯著提升（超聲心動圖）
收縮末期內(nèi)徑（LVESD）：明顯減少

圖3. CNP/Sema3A負載水凝膠改善缺血性心功能障礙

4. CNP/Sema3A負載水凝膠促進血管生成并改善ECM重塑
· 促血管生成：
CD31+血管密度增加2.8倍（第14天）
VEGF通路基因顯著上調(diào)（RNA-seq）
· ECM調(diào)控：
金屬蛋白酶（MMPs）表達增加，組織金屬蛋白酶抑制劑（TIMPs）表達減少（RNA-seq）
增加I型和III型膠原表達，降低I/III膠原比例

圖4. 梗死部位的促血管生成和ECM周轉(zhuǎn)的影響

5. 體外實驗證實載藥水凝膠調(diào)控神經(jīng)-免疫微環(huán)境
· 巨噬細胞表型轉(zhuǎn)換：
GO分析提示巨噬細胞相關(guān)炎性通道富集
KEGG分析提示免疫系統(tǒng)及神經(jīng)系統(tǒng)富集
相較其他炎性細胞marker, 巨噬細胞marker CD68變化最為明顯）
神經(jīng)生長因子（NGF）表達降低，Sema3A和Sema4A表達上調(diào)（RNA-seq
載藥水凝膠促進巨噬細胞早期向M2方向極化（免疫熒光）
· 細胞因子譜重塑：
載藥水凝膠降低促炎細胞因子水平，增加抑炎細胞因子水平（ELISA）
載藥水凝膠降低神經(jīng)生長因子巨噬細胞中NGF表達（免疫熒光）

圖5. 功能性水凝膠對心肌梗死（MI）后炎癥反應(yīng)的影響

圖6. 功能水凝膠免疫調(diào)節(jié)的評價

6. CNP/Sema3A負載水凝膠改善交感神經(jīng)支配，改善心律失常易感性
· 交感神經(jīng)調(diào)控：
TH+/GAP43+神經(jīng)密度顯著降低（免疫熒光）
心肌NE含量減少（ELISA檢測）
· 心律失常抑制：
室性心律失常易感性降低（程序電刺激）

圖7. 注射藥物后，大鼠心律失常的敏感性降低

7. 藥物負載水凝膠體系修復(fù)治療MI后電傳導(dǎo)
· 離子通道調(diào)控：
鉀通道（Kcnn4, Kcne4, Kcnab2, Kcnk13）、 鈣通道Cacnb3, 及氫離子通道Hvcn1上調(diào)（RNA-seq）
QRS間期縮短28.4%（心電圖分析）
· 連接蛋白重構(gòu)：
Cx43表達恢復(fù)至假手術(shù)組83.5%（免疫熒光）
傳導(dǎo)速度較空白MI組提升3倍（電mapping）

圖8. 心肌梗死部位電耦合相關(guān)標志物和電生理傳導(dǎo)的影響