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  心肌梗死（MI）后，線粒體功能障礙會引發(fā)心肌細胞損傷與死亡。通過心臟補片遞送線粒體是恢復線粒體功能、促進心肌修復的有效策略。然而，現(xiàn)有貼片往往缺乏穩(wěn)定的濕粘附能力、功能單一等問題，并且難以有效防止組織粘連。為此，他們將生物粘合劑與靜電紡絲相結合，構建了一種Janus心肌貼片。其內(nèi)層表現(xiàn)出良好到濕粘附效果，粘附強度達55 kPa、界面韌性達214 J·m^-2，顯著優(yōu)于商用纖維蛋白膠。此外，外層由潤滑性納米纖維構成，可作為物理屏障來預防組織粘連。值得注意的是，內(nèi)層負載脂肪干細胞來源線粒體的生物粘合劑，能夠通過滲透效應將線粒體輸送至心肌細胞，從而增強其線粒體功能。在大鼠MI模型的體內(nèi)研究表明，該Janus心肌貼片既能預防組織粘連，又能促進心肌修復�？臻g代謝組學分析進一步顯示，該心肌貼片可改善梗死心肌的能量代謝，幫助恢復能量供給，這可能是其增強心肌修復作用的潛在機制。綜上所述，本研究提出了一種局部線粒體遞送的新策略，并彰顯了Janus心肌貼片治療心肌梗死的潛力。

  近日，華南理工大學生物醫(yī)學科學與工程學院付曉玲教授課題組，開發(fā)了一種不對稱粘附的Janus心肌貼片（GAC/PS@Mito）用于治療心肌梗死（MI）。內(nèi)層生物粘合層由負載線粒體的兒茶酚修飾氨基化明膠（GAC@Mito）構成，外層則由PSBMA修飾的PCL靜電紡絲組成。兩層之間通過滲透效應緊密結合，并依靠非共價作用與物理互穿實現(xiàn)穩(wěn)定連接。該Janus心肌貼片將吸水作用、兒茶酚粘附策略和滲透效應相結合，實現(xiàn)良好的濕粘附效果，從而確保其穩(wěn)定粘附在心肌組織表面。更重要的是，該Janus心肌貼片能高效將線粒體遞送至心肌組織中，改善線粒體功能并修復受損心肌細胞。此外，該貼片還展現(xiàn)出良好的力學性能、抗炎、抗氧化和促血管生成特性，為心肌梗死治療提供了一種很有前景的替代方案。

  2025年12月23日，該項成果以“Mitochondria-Loaded Janus Cardiac Patch for Myocardial Infarction Repair and Prevention of Tissue Adhesions”為題發(fā)表在ACS Nano期刊上。課題組博士生呂奕成為本論文第一作者，通訊作者為付曉玲教授。

圖1. (A) GAC/PS@Mito心臟貼片制備過程；(B) Janus心肌貼片與濕潤組織的粘附機制：干燥生物粘合劑吸收界面液體。隨后，通過滲透效應及共價/非共價交聯(lián)實現(xiàn)強界面粘附；(C) Janus心肌貼片預防術后組織粘連并促進心肌梗死修復；(D) Janus心肌貼片促進心肌梗死修復的機制：該心肌貼片提高心肌細胞中線粒體的功能，從而降低炎癥反應和活性氧水平，促進血管生成并改善心臟功能。

  該心肌貼片具有高度的柔韌性，可適應360°的彎曲，能夠粘附在不規(guī)則形狀的心臟組織表面。內(nèi)層GAC生物粘合劑能夠滲透到外層PS納米纖維中，并且兩層之間緊密結合。在摩擦性能方面，隨著PSBMA濃度的增加，PS-3組的摩擦系數(shù)顯著降低至0.1，表現(xiàn)出超潤滑效應。PS-3的水接觸角為27°，表明其親水性能良好。此外，Janus心肌貼片具有高拉伸強度（>2 MPa）和良好的延展性（>200%），可有效承受心臟收縮時的動態(tài)應力。

圖2. (A) Janus心肌貼片不同扭曲角度的照片；(B) 不同PSBMA含量的靜電紡絲SEM圖像；(C) Janus心肌貼片內(nèi)外層表面及橫截面形態(tài)的代表性SEM圖像；(D) 3D輪廓圖像；(E) PS靜電紡絲在濕潤條件下的摩擦系數(shù)-時間曲線；(F) 靜電紡絲的水接觸角；(G) Janus心肌貼片的拉伸應力-應變曲線；(H) Janus心肌貼片的綜合力學性能雷達圖；(I) PS靜電紡絲和Janus心肌貼片應力-應變分布的有限元分析模擬。

  熒光染色結果表明，GAC生物粘合劑能夠滲透到PS靜電紡絲和心肌組織中，滲透距離達到230.5 μm。SEM結果表明，Janus心肌貼片成功滲透并與心肌組織緊密結合。有限元模擬結果表明，GAC生物粘合劑能夠滲透心肌組織，滲透距離隨時間增加。內(nèi)層GAC生物粘合劑在濕潤的皮膚和臟器組織上表現(xiàn)出強粘附力，而外層PS納米纖維幾乎沒，有效防止了組織粘連。Janus心肌貼片的粘附強度和界面韌性分別為55 kPa和214 J m^-2，明顯高于纖維蛋白膠。此外，Janus心肌貼片最大爆破壓力為17.6 kPa，與正常血壓接近。

圖3. (A) Janus心肌貼片的組織滲透效果；(B) 組織滲透效果的SEM照片；(C) Janus心肌貼片滲透至心肌組織的有限元分析模擬；(D) 代表性照片展示PS靜電紡絲與GAC生物粘合劑面在濕潤豬組織上的粘附特性；(E) Janus心肌貼片180°剝離試驗的力-位移曲線；(F) Janus心肌貼片搭接剪切試驗的力-位移曲線；(G) Janus心肌貼片在濕潤豬皮上的拉伸強度與界面韌性；(H) Janus心肌貼片在濕潤豬心臟組織上的爆破壓力；(I) Janus心肌貼片的器官密封效果；(J) 粘合界面處的SEM照片。

  他們使用H₂O₂誘導H9C2細胞氧化應激，來模擬心肌梗死后的細胞損傷效果。結果表明，與H₂O₂組相比，GAC/PS@Mito組和GAC/PS組的細胞內(nèi)ROS水平顯著降低。進一步的細胞凋亡檢測顯示，GAC/PS@Mito組的細胞存活率（78.7%）明顯高于H₂O₂組（61.1%），表明Janus心肌貼片能有效保護細胞免受H₂O₂誘導的凋亡。TEM和免疫熒光染色結果表明GAC/PS@Mito心肌貼片遞送的線粒體在H9C2細胞中未與原有線粒體融合，而是與自噬體共定位，表明其通過誘導線粒體自噬來改善H9C2細胞狀態(tài)。此外，GAC/PS@Mito組顯著改善了線粒體形態(tài)和膜電位，增強了ATP生產(chǎn)，表明該貼片通過改善線粒體功能從而保護細胞免受氧化應激的損傷。

圖4. (A) H9C2細胞內(nèi)ROS水平的代表性熒光圖像；(B) 各組H9C2的DCF熒光強度；(C) H9C2細胞凋亡的流式細胞術結果；(D) GAC/PS@Mito心肌貼片遞送線粒體并誘導自噬；(E) 熒光圖顯示H9C2細胞內(nèi)線粒體的攝取和分布；(F) TEM圖像顯示自噬體與線粒體的共定位；(G) H9C2細胞氧化損傷的示意圖；(H) H9C2細胞內(nèi)線粒體形態(tài)和網(wǎng)絡結構；(I) H9C2細胞中線粒體形態(tài)的TEM圖片；(J) H9C2細胞中線粒體膜電位強度；(K) 線粒體膜電位強度的流式細胞術結果；(L) 不同組別H9C2細胞內(nèi)ATP水平。

  在MI后，心臟與周圍組織之間可能形成纖維性粘連，從而導致嚴重后果。結果顯示，MI組和Gynecare Interceed?組均出現(xiàn)嚴重的胸腔組織粘連，而GAC/PS@Mito組則表現(xiàn)出極少甚至沒有粘連。組織學染色結果進一步表明，MI組出現(xiàn)嚴重的組織粘連，并伴隨炎癥細胞浸潤和過度的結締組織積累，而GAC/PS@Mito組未見顯著炎癥或粘連。該心肌貼片通過減少纖維蛋白和細胞沉積、恢復纖溶系統(tǒng)的平衡和作為物理屏障，顯著抑制了術后組織粘連的形成。此外，GAC/PS@Mito組顯著改善了心臟功能，LV前壁的收縮性得到增強，且射血分數(shù)（EF）和縮短分數(shù)（FS）均明顯高于其他組。

圖5. (A) 各組胸腔粘連的代表性照片，虛線表示粘連部位；(B) 各組別的胸腔粘連評分；(C) H&E的代表性圖像；(D) PAI-1和tPA的代表性免疫熒光圖像；(E) 超聲心動圖和Vevo strain顯示LV結構和運動；(F) 各組別的射血分數(shù)（EF）評估；(G) 各組別的縮短分數(shù)（FS）評估。

  Masson三色染色顯示，MI組心室擴張、心室壁變薄及廣泛的心肌纖維化，而GAC/PS@Mito組顯著增加了心室壁厚度，減少了梗死區(qū)域的纖維化。與Gynecare Interceed^TM組相比，GAC/PS@Mito組的纖維化面積從44.4%降至10.1%，心肌壁厚度從1.5mm增至2.2mm，表明心肌貼片對心室重塑的改善效果。免疫熒光染色結果分析，GAC/PS@Mito組通過抑制炎癥反應和氧化應激，促進了心肌修復。此外，GAC/PS@Mito組的心肌細胞形態(tài)正常，且CX-43和α-actinin的表達與Sham組接近，表明其有助于保持電-收縮耦聯(lián)功能。最后，GAC/PS@Mito組的毛細血管密度是MI組的3.2倍，表明心肌貼片能夠改善血管生成。

圖6. (A) Masson三色染色代表性圖片；(B) 梗死區(qū)的定量分析；(C) 梗死壁厚度的定量分析；(D) GAC/PS@Mito心臟貼片的效果示意圖；(E) IL-6和TNF-α的代表性熒光圖像；(F) 各組別的IL-6定量分析；(G) 心肌細胞形態(tài)的WGA染色代表性圖片；(H) 心肌細胞大小的定量分析；(I) CX-43和α-actinin的代表性熒光圖像；(J) 各組別的CX-43定量分析；(K) α-SMA和CD31的代表性熒光圖像；(L) 血管密度的定量分析。

  為了探討GAC/PS@Mito Janus心肌貼片的心肌修復機制，他們對心肌組織進行了空間代謝組學（SM）分析。通過MALDI-MSI和UMAP降維分析，他們識別出8個不同的代謝景觀，并將Masson三色染色與代謝簇之間進行空間關聯(lián)。代謝物富集分析顯示，GAC/PS@Mito組在梗死區(qū)域顯著減少了C1簇的代謝物，并增加了C3和C4簇的代謝物。此外，火山圖分析顯示，GAC/PS@Mito組的ATP和coenzyme A等關鍵代謝物顯著上調(diào)，表明能量代謝得到了改善。與MI組相比，GAC/PS@Mito組的蘋果酸、延胡索酸、ATP和NADH的表達水平顯著上升，表明TCA循環(huán)和氧化磷酸化（OXPHOS）代謝活性增強。此外，KEGG通路分析和差異代謝物相互作用網(wǎng)絡分析表明，GAC/PS@Mito心肌貼片通過改善心肌組織的能量代謝，從而促進心肌修復。

圖7. (A) UMAP分析顯示心肌組織中的八個代謝簇；(B) 心肌組織的Masson三色染色和SM特征圖；(C) 每個代謝簇的前三個標志性代謝物；(D) 代謝物的亞組百分比條形圖；(E) MI組與GAC/PS@Mito組的差異代謝物火山圖；(F) 差異代謝物的熱圖；(G) 差異代謝物的表達及空間分布；(H) 代謝物的平均離子強度分析；(I) 相關代謝通路的GSEA分析；(J) KEGG通路分析；(K) 差異代謝物的相互作用網(wǎng)絡。

  以上研究結果表明，所制備的GAC/PS@Mito Janus心肌貼片在預防胸腔粘連和治療心肌梗死方面具有應用潛力，且對于濕粘附和Janus粘合劑研究具有一定參考價值。

  本研究工作得到了國家自然科學基金（T2288101, 32571530, 82272152）、國家重點研發(fā)計劃（2021YFB3800900）和廣東省基礎與應用基礎研究基金（2022A1515011925）的支持。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c18334