心肌缺血性损伤与修复过程中的力学-化学耦联机理研究

心肌梗塞性心脏病发作是CVD病人死亡的主要原因。心肌梗塞的后果是瘢痕组织形成，这种瘢痕组织不具有正常心肌组织的收缩能力、力学特性和电学特征，降低了心室泵血效率，最后导致心脏失代偿重建和终末期心衰。目前，关于缺血性心肌梗塞后，整体心脏、心肌梗塞病变区域的力学参数/病变局部生物化学因素如何改变？在这种力学与生化微环境下，如何吸引干细胞募集与迁移到病变局部修复损伤组织并转化为具有正常功能的心肌细胞，其相关机制仍不清楚。是目前心肌梗塞后，修复和再生梗塞区的心肌组织，改善和恢复心脏功能研究热点。本研究采用宏观生物力学、细胞生物力学、分子生物学等研究手段，通过计算机建模以及干细胞定向分化，希望揭示缺血性心肌梗塞后，病变区域与正常心肌的生物力学变化，是促进干细胞向病变区域募集/迁移重要因素之一；揭示生物力学变化，促进植入细胞与宿主组织功能性整合，修复损伤部位的信号途径和细胞分子机制。

心肌梗塞性心脏病发作是心血管疾病患者死亡的主要原因。心肌梗塞的后果是瘢痕组织形成，这种瘢痕组织不具有正常心肌组织的收缩能力、力学特性和电学特征，降低了心室泵血效率，最后导致心脏失代偿重建和终末期心衰。目前，关于缺血性心肌梗塞后，其力学、电学与生化微环境的变化，如何吸引干细胞募集与迁移到病变局部修复损伤组织并转化为具有正常功能的心肌细胞，其相关机制仍不清楚。本研究采用宏观生物力学、细胞生物力学、分子生物学以及干细胞定向分化等研究手段，希望揭示缺血性心肌梗塞后，病变区域与正常心肌的生物力学变化，是促进干细胞向病变区域募集/迁移重要因素之一；揭示生物力学变化，促进植入细胞与宿主组织功能性整合，修复损伤部位的信号途径和细胞分子机制。本研究目标和研究内容基本按照申请书执行。研究结果发现：1）心肌梗死区的细胞凋亡和组织坏死可能在冠脉结扎后24 h-72 h内完成；结扎后7 d心肌梗死区出现炎症反应高峰；14天有肉芽组织长入心肌梗死区，开始心肌修复过程。2) 心肌梗死后，梗死区附近心肌组织内有c-kit+心肌干细胞（CSCs）细胞群的动员；SCF对c-kit+CSCs的迁移和增值可能有调控作用。c-kit¬+CSCs和SCF可能参与了心肌梗塞后心肌组织结构和功能的修复过程。3）体外单纯DMEM/F12完全培养基培养rBMSCs，不会促进rBMSCs向心肌样细胞分化。4）心肌梗死组织上清液培养rBMSCs，可促进rBMSCs心肌样细胞分化； 5）低频脉冲电磁场(LFPEMFs)可增强rBMSCs GATA4 mRNA、TNNT2和ACTN2 mRNA和蛋白表达，可在体外诱导rBMSCs向心肌样细胞分化。6）LFPEMFs 与心肌梗死组织上清液联合作用，其促进体外rBMSCs 向心肌样细胞分化作用，具有协同效应。7）体外电压刺激可促进rBMSCs的心肌样细胞分化，其中2v电压刺激效果最佳。8）不同幅度的双轴力学应变可促进体外rBMSCs的心肌样细胞分化，但1Hz，10%应变的效果最佳。9）力学刺激和电刺激共同作用，对体外rBMSCs的心肌细胞样分化具有协同作用。10）体外诱导向心肌细胞转分化的rBMSCs- CMs植入大鼠梗死心肌区域，可改善心脏收缩能力与射血能力。11）力学与电学刺激促进rBMSCs向心肌细胞样分化，可能通过wnt/integrin/ILK信号途径发挥作用。