利用自体A-dECM及聚吡咯构建具有导电性能的个体化EHTs的实验研究

Nowadays, it remains a lethal threat for many patients underwent surgical ventricular restoration (SVR) due to the high incidence of refractory heart failure and malignant arrhythmia late after the surgery. The present patch should be partially responsible to the problem because they are synthetic and non-conductive. After implantation, the inert and non-conductive material may trigger serious inflammation and “electrical remodeling” in and along the patch, which in turn render the patch hardened and the reentant circuit formed, leading to the heart dysfunction and arrhythmia. Presently, we developed a novel conductive biomaterial by covalently conjugating polypyrrloe (a nano conductive polymer) with autologous adipose-derived extracellular matrix (A-dECM). The preliminary data demonstrate that A-dECM-Ppy patch possesses excellent biocompatibility, mechanical property and conductivity. In this project, we will continue to examine its capability to induce cell maturation and synchronic contraction by transmiting electrical signal among cardiomyocytes. Furthermore, we will seed syngeneic neonatal rat ventricular myocytes (NRVMs) onto the A-dECM or A-dECM-Ppy patch and performed SVR for immunosuppressive rats with the 2 biomaterials and their cell-free controls respectively. During the 8-week observation, we will compare the cardiac function and arrhythmic score among the 4 groups of rats. At the endpoint of the study, all the 4 groups of heart samples will be harvested and compared morphologically, histologically, or electrophysiologically. Expecially, we will focus on the integrative connection between donor and host cells and its correlation with conductive material. We hope our individualized, conductive EHT (A-dECM-Ppy+CM) would provide a better choice for those with ventricular aneurysm to deal with cardiac dysfunction and arrhythmia.

心室成形术（SVR）后的顽固性心衰及恶性心律失常仍严重威胁患者的远期预后，目前认为这与临床应用的补片密切相关。由于当前补片均为合成材料且缺乏导电能力，故在体修补后①炎性反应重，远期易僵硬、钙化；②易诱导局部形成异常折返环路。前期，研究者以导电高分子材料——聚吡咯及自体脂肪脱细胞基质为主要原料，合成了一种具有良好的导电性及组织相容性的新型修补材料。本研究将继续以该导电材料为细胞载体，在体外验证其促心肌细胞成熟及同步化收缩的能力。进而还将接种有同系大鼠乳鼠心肌细胞的上述补片应用于大鼠SVR模型中，并从形态学，组织学，功能学及电生理学等角度评判其在体生物学行为。我们期望，这种以自体来源的组织基质与纳米导电材料的结合形成的新材料能减少补片植入后的炎症反应，改善移植细胞与宿主细胞的一体化整合，进而改善修补局部组织的导电及收缩性能，从而为室壁瘤患者提供一种个体化的，具有导电性能的修补材料。

室壁瘤形成是急性心肌梗死后的严重并发症之一，是心肌坏死后心室重构的恶果。目前，采用各种修补材料行心梗后的心室重建术（Surgical Ventricular Restoration, SVR）是临床上室壁瘤治疗的主流方式。不过，目前临床应用的补片材料存在着缺乏活性等诸多问题，故构建理论上具有全部生物活性的工程化心肌补片（Engineered Heart Tissues, EHTs）就成为解决上述难题的希望所在。本研究中的EHTs即是针对目前SVR术后的两个严重并发症—顽固性心衰和恶性心律失常而设计构建的。本研究以自体脂肪脱细胞基质及导电高分子材料—聚吡咯（Ppy）为原料，采用“氧化聚合法”构建的补片材料；完成了补片材料的生物安全性验证及部分导电性能验证。此外，我们也关注于以老年冠心病患者自体脂肪来源的基质干细胞（ADSCs）的优化研究。我们利用代谢组学检测，发现ADSCs相较自体的骨髓间充质干细胞(BMSCs)在低氧情况下可分泌更多的左旋精氨酸（L-arginine），可更好的促进移植后梗死区域心肌的新生血管生成及心脏功能恢复，作为老年患者自体来源的种子细胞，ADSCs显示出更佳的生物治疗效能。目前，课题组构建的以自体脂肪脱细胞基质作支架材料，复合导电高分子材料Ppy，以老年患者自体ADSCs作种子细胞的，具有导电性能的个体化心肌补片材料已构建成功。同时我们继续探寻EHTs可荷载的更具治疗潜力的治疗因子，如外泌体、植物来源的药物等。我们发现与传统化学交联剂相比，以原花青素等为代表的天然多酚物质能够更好的交联补片，改善其理化性质并避免了潜在的生物毒性。总之，本研究中我们利用冠心病患者自体脂肪组织构建了一种全新的、个体化的室壁瘤修补材料，避免了异物植入诱发的免疫反应，避免了材料的远期僵硬钙化，从而减少了SVR术后顽固性心衰的发生。并在修复室壁瘤患者左室三维构型的同时还改善了其电流传导，降低了SVR术后恶性心律失常的发生几率。我们希望能够进一步优化制备工艺并实现临床转化，改变当前临床室壁瘤修补缺乏合适材料的窘境，从而为室壁瘤患者提供一种全新的，具有导电性能的，个体化的修补材料。