聚吡咯-壳聚糖导电复合水凝胶促进缺血-再灌注损伤后心脏功能的恢复

背景:导电生物材料被认为是传输心肌修复电信号的潜在候选者,将基于细胞或无细胞的策略与导电生物材料相结合以补充心肌细胞和/或恢复电信号通路,成为一种有前途的心脏修复方法。目的:评估聚吡咯-壳聚糖导电复合水凝胶对心肌缺血-再灌注损伤大鼠心功能的改善作用。方法:采用化学氧化聚合法制备聚吡咯-壳聚糖导电复合水凝胶,表征水凝胶的微观形貌、生物相容性与导电性。取30只成年SD大鼠,利用夹闭心脏左前降支后再松解的方法建立心肌缺血-再灌注损伤模型,造模21 d后,采用随机数字表法将大鼠分为3组:空白组向左心室梗死区及梗死边缘区内注射生理盐水,普通水凝胶组向左心室梗死区及梗死边缘区内注射壳聚糖水凝胶,导电水凝胶组向左心室梗死区及梗死边缘区内注射聚吡咯-壳聚糖导电复合水凝胶,每组10只。设置造模后对应的时间点,分别进行心脏机械功能(超声心动图、压力-体积分析)、心脏电生理(心电图、程序性电刺激、光学映射技术、微电极阵列技术评估、八导联心电图、瘢痕区电阻率)及心脏组织学检测。结果与结论:①导电复合水凝胶表面存在大量孔隙,导电率为(3.19±0.03)×10^(-3)mS/cm,与平滑肌细胞共培养具有良好的生物相容性。②造模后105 d的超声心动图与压力-体积分析检测显示,与空白组、普通水凝胶组比较,导电复合水凝胶可明显改善心肌缺血-再灌注损伤大鼠心脏的收缩功能。造模后105 d的心电图、程序性电刺激、光学映射技术、微电极阵列技术评估、八导联心电图、瘢痕区电阻率检查结果显示,与空白组、普通水凝胶组比较,导电复合水凝胶可明显改善心肌缺血-再灌注损伤大鼠心脏的电传导功能,降低心律失常的发生。造模后105 d的心脏组织Masson染色显示,3组大鼠心肌梗死区均出现不同程度的纤维化,与生理盐水组和普通水凝胶组相比,导电水凝胶组梗死区正常心肌组织较多、纤维化程度较小。③结果表明,聚吡咯-壳聚糖导电复合水凝胶可能通过提高梗死瘢痕区组织电传导速度、增加瘢痕厚度、增强心脏同步收缩、减少受损组织来促进缺血-再灌注损伤后梗死心肌的修复。