Advanced Science | 南方医科大学区彩文/赵鹏构建可控释放硫化氢的贴片，可有效治疗心肌梗死

过度或持续的炎症通过在心肌梗死(MI)中产生活性氧来刺激心肌细胞坏死。硫化氢(H2S)是一种气体信号分子，能快速渗透细胞和组织，其心脏保护作用日益受到关注。但H2S驻留时间短，副作用大，极大地限制了它的应用。

2022年10月26日，南方医科大学区彩文及赵鹏共同通讯在Advanced Science 在线发表题为“Construction of a Band-Aid Like Cardiac Patch for Myocardial Infarction with Controllable H2S Release”的研究论文，该研究通过将2-氨基吡啶-5-硫代甲酰胺(H2S供体)修饰的藻酸盐整合到白蛋白电纺纤维中，首次开发了一种复合支架(AAB)缓慢释放H2S以用于心肌保护。接下来，基于AAB(中心)、白蛋白支架和黑磷纳米片(BPNSs)的纳米复合支架构建了类似创可贴的贴片。

在近红外激光(808 nm)下，BPNSs产生的热能可以局部改变纤维支架的分子结构，从而将贴片附着到心肌上。在这项研究中，还证明了AAB可以增强再生的M2巨噬细胞，并通过减少细胞内ROS来减弱巨噬细胞的炎症极化。最终，这种工程心脏补片可以缓解心肌梗死后的炎症并促进血管生成，从而恢复心脏功能，为心肌梗死的治疗提供了一种有效的治疗策略。

心肌梗死(MI)是心力衰竭最常见的原因。它是由长时间的血流限制造成并可导致心肌细胞坏死。目前，心力衰竭的治疗策略已经从短期纠正血流动力学参数转变为长期康复治疗，心力衰竭的治疗也取得了很大进展。然而，对于因心肌损伤和坏死引起的心力衰竭治疗效果不佳。心力衰竭仍然与高死亡率和再住院率有关。随着心力衰竭的进展，临床上对晚期心力衰竭唯一有效的治疗方法是心脏移植，这受到匹配心脏供应不足的限制。因此，能够减少疤痕组织和恢复心脏功能的治疗策略对于预防心力衰竭是必要的。坏死心肌的修复需要考虑许多因素，如氧化应激、缺血缺氧、炎症等。

作为内源性气体信号分子，硫化氢(H2S)在心血管疾病(包括高血压、心肌缺血和心力衰竭)中的氧化应激、炎症和凋亡保护中起着关键作用。H2S可以通过复杂的机制影响受损细胞，其中之一是减少生成活性氧(ROS)和巨噬细胞表型极化的调节。尽管在临床试验中探索了几种H2S供体(如ATB-346、GIC-1001和GYY4137)，但由于其毒性、水溶性差和清除率高，因此无法保证其治疗效果。目前，生物医学研究中H2S的给药主要是无机硫化物盐或H2S供体负载修饰氢的原位注射。然而，肌肉注射造成的人为损伤和合成高分子聚合物不明确的副作用极大地限制了H2S的发展和应用。

图1 创可贴状心脏补片构造及心肌梗死治疗应用示意图（摘自Advanced Science ）

近年来，静电纺丝纤维支架因其可模拟细胞外基质(ECM)结构，可提供适当的机械支持，促进心肌细胞组装成功能性组织，在心脏再生领域引起了广泛关注。通过共价或非共价力吸收纳米粒子和分子的能力也赋予了它们扩展的功能。在过去十年中，通过静电纺丝技术和天然蛋白质(如血清白蛋白)的结合来制造功能性心脏补片被认为是一种有效的治疗策略。血清白蛋白因其易获得性和良好的生物相容性而成为合适的电纺丝基质。

一些研究表明，血清白蛋白可以用作激光组织焊接的蛋白质焊料。基于此，KM McNally等人开发了一种掺有ICG的白蛋白焊料，用于修复牛主动脉标本[1]。Lauto, A.等人设计了一种用于羊肠愈合的白蛋白复合材料[2]。此外，Malki等人通过将金纳米棒整合到白蛋白静电纺膜中制备了一种纳米复合支架，该支架在近红外(NIR)激光(808 nm)照射后牢固地附着在心脏表面，无需缝合或添加化学粘合剂[3]。考虑到这一点，构建具有可控H2S释放能力的静电纺纤维支架并系统研究其如何在心肌组织修复过程中发挥作用意义重大。

缺氧缺血状态和电信号传递受阻不利于心肌修复。因此，刺激血管生成和增加细胞间信号转导将有利于恢复心脏功能。作为一种优秀的2D层状纳米材料，黑磷纳米片(BPNSs)具有良好的生物相容性、导电性和近红外光热转换特性，在多种疾病的治疗中发挥着重要作用。一些研究表明，黑磷不仅可以促进血管生成，还可以促进缺血性损伤后的神经发生过程。结合Malki等人开发的复合支架，该研究假设负载BPNSs的电纺白蛋白支架可以在近红外辐射下粘附于心脏，有助于恢复心脏功能，具有良好的生物相容性和医用价值。

图2 功能性静电纺丝支架的表征（摘自Advanced Science ）

该研究通过将H2S和BPNSs释放创可贴状心脏贴片植入梗塞区域来改善心脏功能并逆转心脏重塑。该贴片配备了两个模块，第一个模块是2-氨基吡啶-5-硫代甲酰胺（APTC）功能性白蛋白支架（APTC-ALG-BSA，AAB），第二个模块是加载BPNSs的白蛋白支架（BP）。作为一种有机硫醇依赖性H2S供体，APTC以其相对的释放能力在临床试验中得到了广泛的探索。

AAB/BPB贴片经近红外照射后可与心肌组织紧密贴合。蛋白质的均质化变化与单个原纤维的交叉改变可能是焊接效应的结构基础。此外，激光治疗期间贴片温度升高会使白蛋白变性，改变或破坏其二级和三级空间结构，并通过使原本在分子内部的疏水基团暴露于表面来增加粘度。体外和体内结果表明，带状AAB/BPB贴片可以调节巨噬细胞的表型转化，促进血管生成，有助于大鼠心脏功能的恢复。这些发现支持构建具有多种功能的静电纺白蛋白支架以改善心肌梗死后的修复条件，在心脏组织工程方面具有巨大潜力。

转自：“iNature”微信公众号

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