心肌梗塞是冠狀動脈急性、持續(xù)性缺血缺氧所引起的心肌壞死。多數(shù)患者在起病前1-2周，有活動后胸骨后悶痛不適。但是，目前在治療心肌梗塞方面還存在一些問題。納米纖維素與細(xì)胞外基質(zhì)（ECMs）相似，具有生物相容性，可以組裝成高度多孔的結(jié)構(gòu)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。此外，納米纖維素的水懸浮液是無毒且高度穩(wěn)定的，并且與成纖維細(xì)胞、H9c2心肌成肌細(xì)胞和小鼠前成骨細(xì)胞（MC3T3-E1）細(xì)胞相容。而聚（癸二酸甘油酯）（PGS）是生物醫(yī)學(xué)器件中常用的可生物降解且具有成本效益的聚合物，與納米纖維素結(jié)合可以改變其機(jī)械性能，特別是使支架具有彈性和柔性?；诖?，芬蘭阿爾托大學(xué)的Orlando J. Rojas和赫爾辛基大學(xué)的Hélder?A. Santos（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種包含納米纖維素、聚癸二酸甘油酯（PGS）和聚吡咯（PPy）的生物材料系統(tǒng)，用于治療心肌梗塞。作者利用直接墨水書寫的多組分水性懸浮液可以形成多功能晶格結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不僅具有彈性和導(dǎo)電性，而且還能促進(jìn)細(xì)胞生長。鑒于其與H9c2心肌細(xì)胞的生物相容性，它們被作為心臟貼片，后者在微觀結(jié)構(gòu)水平上廣泛附著，并誘導(dǎo)其增殖28天。文中研究了兩種模型藥物（3i-1000和姜黃素）在貼劑中的整合，通過將其裝入用于擠出的前體懸浮液中，或者直接浸漬所獲得的干燥晶格。在5個月的藥物釋放研究中，觀察到心臟貼片的體外降解緩慢，可以防止藥物快速釋放，因此其適用于長期治療。此外，通過生物相容性、生物降解性、機(jī)械強(qiáng)度、柔性和電導(dǎo)率的結(jié)合，符合高度動態(tài)和功能性電響應(yīng)心臟組織的要求?？傊?，通過心肌細(xì)胞與生物材料的有效整合，提出的心臟貼片可以作為心肌梗塞后心肌再生的可行替代品。
【圖文解析】
首先，作者測試了2, 2, 6, 6-四甲基哌啶-1-氧基自由基氧化的納米纖維素（TOCNF）、PGS前體分子（pre-PGS）和PPy，以提供合適的剪切流動行為，并賦予貼片機(jī)械完整性和導(dǎo)電性。其中，TOCNF用作pre-PGS和PPy的主要成分和支撐相，將其添加以提供彈性和導(dǎo)電性。3D打印的貼片包含超過95％的溶劑，導(dǎo)致干燥時大幅收縮。為了限制這種影響，作者將樣品冷凍干燥，以保留結(jié)構(gòu)及其孔隙度，接著在真空烘箱中于120?oC下將PGS固化（不超48 h）。冷凍干燥后，貼片分別經(jīng)歷5％和14％的收縮，在分別進(jìn)行預(yù)PGS固化（真空爐）。
作者利用透射電子顯微鏡（TEM）揭示了纖維素納米原纖維（TOCNF）的形態(tài)，顯示了較高的軸向尺寸（圖2）。利用3D打印將納米纖維素、pre-PGS和PPy組成的陽離子混合物形成界面帶靜電的復(fù)合物。在高溫和真空下固化后，PGS組件賦予基于TOCNF的系統(tǒng)彈性。基于納米纖維素的支架顯示出相互連接的孔，這些孔可以促進(jìn)細(xì)胞生長和相互作用（圖3）。對比PGS-PPy或多組分對應(yīng)物，單組分TOCNF支架的多孔性明顯好（94±1％孔隙率）?？傊?，TOCNF增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的孔隙率和滲透性，有利于細(xì)胞附著。在PGS預(yù)先固化后，各相形成具有78±2％孔隙率的均質(zhì)生物復(fù)合結(jié)構(gòu)。
接著，作者檢查了可降解貼片的生物相容性。如圖5a所示，不同貼片的降解性不影響H9c2心肌母細(xì)胞的生存能力。在28天內(nèi)未檢測到細(xì)胞毒性，在第一天時甚至觀察到了細(xì)胞的輕微增殖。如圖5b所示，3D打印生物復(fù)合材料的所有類型均具有容納心肌母細(xì)胞進(jìn)行增殖的能力。通過空的對照樣品和細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)，表明其基本無毒，并顯示了H9c2心肌母細(xì)胞與導(dǎo)電的貼片在細(xì)胞浸潤后具有正向相互作用。TOCNF和PGS的親水性、高孔隙率和表面積使該系統(tǒng)適用于細(xì)胞附著，同時保持存活率。
最后，在墨水和浸泡加載后，作者確定了兩種被測試的模型藥物的復(fù)合貼片的釋放曲線。其中，姜黃素被用作抗氧化劑和抗炎劑，而3i-1000是GATA4 NKX2 5相互作用的抑制劑，并用于損傷后的心肌修復(fù)。兩種藥物都是疏水性的，且在pH=7.4和6時，表面帶有負(fù)電荷。結(jié)果表明在所有測試條件下，姜黃素和3i-1000的累積釋放量分別小于2％和12％。PGS-TOCNF-PPy貼片顯示模型藥物的緩慢釋放，在21天后僅降解了8％。
【小結(jié)】
綜上所述，在本文中，作者利用3D打印技術(shù)制備了負(fù)載藥物的導(dǎo)電貼片，用于治療心肌梗塞。在不需要交聯(lián)劑的情況下，將多孔納米纖維素、彈性PGS和導(dǎo)電PPy摻入生物復(fù)合物中。心臟貼片顯示出與心肌母細(xì)胞的高度生物相容性，并誘導(dǎo)了28天的細(xì)胞增殖。附著在微結(jié)構(gòu)上的細(xì)胞與微結(jié)構(gòu)支架上的細(xì)胞具有相同的形狀和樣式。心臟貼片的緩慢降解有望防止心肌破裂釋放，使其適合心肌梗死后治療藥物的長期協(xié)同傳遞。
全文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202003440
