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針對(duì)上述問(wèn)題，四川大學(xué)生物工程學(xué)院的王云兵團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種負(fù)載去鐵胺（DFO）和卡維地洛（Carvedilol）的GelMA/HASH水凝膠（GelMA/HASH@DPDCNs），兼具生物相容性與可注射性。通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其控釋性能、抗炎、抗氧化及促血管生成作用，并進(jìn)一步在大鼠MI模型中證實(shí)該水凝膠可通過(guò)協(xié)同促進(jìn)血管新生與抑制炎癥反應(yīng)，有效改善心肌梗死后的心功能，為MI治療提供新思路。該文章于2025年7月21日以《An injectable hydrogel loaded with deferoxamine and carvedilol for the treatment of acute myocardial infarction》為題發(fā)表于《Chemical Engineering Journal》（DOI：10.1016/j.cej.2025.166294）。

研究示意圖

(1) 水凝膠的制備與表征

圖1A-B的¹H NMR分別顯示GelMA在5.5與5.7 ppm出現(xiàn)甲基丙烯酸酯峰、HASH于2.5 ppm出現(xiàn)胱胺二甲烯峰，證實(shí)兩者合成完成。圖S3與1C的TEM顯示DPNNs及DPDCNs呈球形；圖S4與1D的DLS表明載藥后粒徑由107 nm增至約200 nm。圖S7與1E的SEM顯示Hydrogel 1與4孔徑均>100 μm，DPDCNs引入未破壞多孔結(jié)構(gòu)。圖1F應(yīng)變掃描示兩凝膠在540 %應(yīng)變內(nèi)G′>G″，呈凝膠態(tài)；圖1G-H釋放曲線：卡維地洛72 h累計(jì)釋放≈44.7 %，10 d達(dá)81.3 %；DFO 72 h累計(jì)釋放≈31.8 %，14 d達(dá)62.8 %，實(shí)現(xiàn)早期快速釋藥與后期持續(xù)釋藥。

圖1.（A）Gel，GelMA和（B）HA，HASH的1H NMR。（C）DPDCN的TEM圖像（比例尺：100 μm）。（D）DPDCN的粒度分布。（E）水凝膠4的SEM圖像（比例尺：（F）.水凝膠振幅掃描試驗(yàn)。以恒定頻率（1Hz）進(jìn)行測(cè)量。（G）卡維地洛和（G）在37 ℃下從PBS中的水凝膠4的DFO釋放速率

（2）水凝膠的體外ROS清除和抗炎活性

在H?O?誘導(dǎo)的H9C2氧化應(yīng)激模型中，圖S14系統(tǒng)評(píng)價(jià)了DPDCNs濃度-效應(yīng)關(guān)系：0–50 μg/mL范圍內(nèi)細(xì)胞活性隨劑量遞增，于50 μg/mL達(dá)峰值（約為H?O?組的1.8倍），繼續(xù)升高至100 μg/mL則出現(xiàn)輕度回落，提示最適負(fù)載量；所有含DPDCNs水凝膠組活性均顯著高于單純H?O?損傷組，奠定后續(xù)實(shí)驗(yàn)劑量基礎(chǔ)。ROS檢測(cè)方面，圖2A與S15的DCFH-DA熒光成像顯示，含卡維地洛的Gel-3、Gel-4組綠色信號(hào)較H?O?組分別降低62 %與71 %；圖S16定量結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)，Gel-4組胞內(nèi)ROS水平降至對(duì)照組的38 %，顯示出劑量-依賴的自由基清除能力。凋亡實(shí)驗(yàn)圖2B Annexin V-FITC/PI雙染流式結(jié)果顯示，Gel-4干預(yù)后早期凋亡率由H?O?組的28.7 %降至9.4 %，晚期凋亡+壞死率由15.2 %降至4.1 %，總體存活率提升至86.5 %，表明其可顯著抑制氧化應(yīng)激觸發(fā)的細(xì)胞凋亡與壞死。

抗炎評(píng)價(jià)采用LPS激活的RAW264.7巨噬細(xì)胞模型。細(xì)胞因子譜方面，圖2D-E的ELISA結(jié)果表明，LPS刺激48 h后TNF-α與IL-6分別高達(dá)295.7 pg/mL與113.3 pg/mL，而Gel-4組將二者分別抑制至108.2 pg/mL與41.6 pg/mL，抑制率分別為63 %與63.3 %；圖2C免疫熒光與圖S18定量統(tǒng)計(jì)進(jìn)一步證實(shí)，TNF-α蛋白紅色熒光強(qiáng)度下降68 %。與之對(duì)應(yīng)，圖2F顯示抗炎因子IL-10在Gel-4組升高至37.4 pg/mL，較LPS組提升40 %，綜合表明Gel-4通過(guò)下調(diào)促炎因子、上調(diào)抑炎因子并促進(jìn)M2極化，實(shí)現(xiàn)顯著的體外抗炎效應(yīng)，為其用于心肌梗死后期炎癥調(diào)控提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

圖2. (A)H₂O₂處理48 h H9C2 的ROS染色；(B) H2O2和不同水凝膠樣品處理48小時(shí)的H9C2細(xì)胞的膜聯(lián)蛋白V-FITC/PI雙染色流式細(xì)胞術(shù)結(jié)果，壞死細(xì)胞（Annexin-V/PI ? /+;左上）;凋亡細(xì)胞（Annexin-V/PI +/+和Annexin-V/PI +/? ;右上和右下）;活細(xì)胞（Annexin-V/PI ? /? ;左下）；(C)LPS刺激48 h RAW264.7 TNF-α免疫熒光；(D?F)該條件下IL-6、TNF-α、IL-10水平

（3）多功能水凝膠對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞遷移和管腔形成的影響

在24 h劃痕實(shí)驗(yàn)中，圖3A直觀顯示含DFO的Gel-2與Gel-4組HUVEC遷移面積已覆蓋約75 %的初始劃痕區(qū)，而無(wú)DFO的Gel-1與Gel-3組僅修復(fù)約35 %，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性；至36 h，Gel-4組劃痕基本閉合，剩余缺口寬度不足起始的10 %，對(duì)照組與無(wú)DFO組仍保留30 %以上未愈合區(qū)域。圖3C的定量分析進(jìn)一步證實(shí)，Gel-4組的遷移/增殖速率較對(duì)照提升約2.1倍，顯著高于其他實(shí)驗(yàn)組。管腔形成實(shí)驗(yàn)方面，圖3B的6 h熒光圖像可見(jiàn)Gel-4組已出現(xiàn)密集且連續(xù)的多邊形血管網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)數(shù)、分支點(diǎn)及總管長(zhǎng)均顯著增加；圖3D-E統(tǒng)計(jì)顯示，其節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)到每視野48 ± 5個(gè)，分支點(diǎn)41 ± 4個(gè)，總管長(zhǎng)為4.8 ± 0.3 mm，分別約為對(duì)照組的2.5倍、2.3倍和2.6倍，且無(wú)DFO組未見(jiàn)顯著差異，充分說(shuō)明DFO負(fù)載的水凝膠通過(guò)協(xié)同促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞遷移與管腔結(jié)構(gòu)化，顯著加速體外血管新生過(guò)程。

圖3. (A)HUVEC劃痕0、24、36 h圖像；(B)體外管腔形成圖像；比例尺200 μm；(C)劃痕愈合率(n=3)；(D)節(jié)點(diǎn)數(shù)、分支點(diǎn)數(shù)；(E)總管長(zhǎng)度

（4）多功能水凝膠體內(nèi)抗氧化、抗凋亡作用及體內(nèi)抗炎作用評(píng)價(jià)

圖4A的活體ROS成像顯示，術(shù)后3 d MI組梗死區(qū)綠色熒光信號(hào)強(qiáng)度約為Sham組的3.4倍，提示氧化應(yīng)激劇增；Gel-4組熒光強(qiáng)度降至Sham組的1.1倍，顯著低于其余各治療組，證實(shí)其清除ROS能力最優(yōu)。圖4G定量統(tǒng)計(jì)進(jìn)一步驗(yàn)證，Gel-4組相對(duì)熒光強(qiáng)度較MI組下降67 %，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p < 0.001）。圖4B的TUNEL染色顯示，MI組凋亡陽(yáng)性細(xì)胞率高達(dá)38.5 %，Gel-4組降至9.2 %，為各組最低；圖4H定量分析表明，其凋亡抑制率約為76 %，顯著優(yōu)于Gel-3組（抑制率52 %），顯示清除ROS后有效阻斷心肌細(xì)胞凋亡。炎癥因子檢測(cè)方面，圖4E的ELISA結(jié)果顯示，Gel-4組梗死區(qū)IL-1β濃度為85 pg/mg蛋白，較MI組（210 pg/mg蛋白）降低59 %；圖4F顯示TNF-α水平由MI組的312 pg/mg蛋白降至Gel-4組的118 pg/mg蛋白，降幅達(dá)62 %，均顯著低于其余水凝膠治療組。巨噬細(xì)胞表型分析中，圖4C免疫熒光顯示，Gel-4組CD86（M1標(biāo)志）陽(yáng)性面積占梗死區(qū)5.1 %，顯著低于MI組的21.3 %；圖4D顯示CD206（M2標(biāo)志）陽(yáng)性面積升至28.7 %，為MI組的2.9倍，提示Gel-4有效促進(jìn)M1向M2型極化，協(xié)同抑制炎癥并推動(dòng)心肌修復(fù)進(jìn)程。

圖4. 治療后3 d水凝膠抗氧化、抗凋亡及抗炎評(píng)估：代表性圖像(A)ROS(紅)、(B)TUNEL(綠)、(C)CD206(綠)、(D)CD86(紅)、(E)TNF-α(綠)、(F)IL-1β(綠)熒光圖及(G-L)對(duì)應(yīng)定量分析

（5）多功能水凝膠的體內(nèi)治療效果評(píng)價(jià)

圖5A-E的超聲參數(shù)顯示，14 d時(shí)MI組左心室擴(kuò)張明顯，EDV與ESV分別達(dá)1.44 ± 0.08 mL和0.73 ± 0.05 mL，EF、FS分別降至45.4 ± 2.1 %與19.7 ± 1.3 %；Gel-4組EDV、ESV分別被抑制至0.96 ± 0.06 mL和0.38 ± 0.03 mL，EF、FS回升至65.8 ± 3.2 %與32.4 ± 2.0 %，顯著優(yōu)于其余治療組。至28 d，Gel-4組EF進(jìn)一步升至78.9 ± 2.5 %，F(xiàn)S達(dá)45.6 ± 1.8 %，接近Sham組水平（EF 82.1 %、FS 48.3 %），證實(shí)其持續(xù)改善收縮功能。圖5F H&E顯示Gel-4梗死壁厚度增至1.28 ± 0.09 mm，較MI組提升76 %；Masson染色示膠原面積分?jǐn)?shù)由MI組的41.3 %降至13.7 %，纖維化顯著減輕。

圖5. 水凝膠治療后大鼠心功能與心室重塑評(píng)估：(A)第14、28天各組超聲心動(dòng)圖；(B-E)EF、FS、ESV、EDV統(tǒng)計(jì)；(F)28天梗死心臟H&E與Masson染色

（6）多功能水凝膠體內(nèi)血管生成作用和心臟功能影響的評(píng)價(jià)

圖6A–B的免疫熒光顯示，28 d時(shí)Gel-4組梗死邊緣區(qū)VEGF陽(yáng)性面積占（39.8 ± 3.1）%，HIF-1α陽(yáng)性面積占（42.5 ± 2.7）%，分別為MI組的3.2倍與3.4倍，且顯著高于Gel-2組（VEGF 24.6 %、HIF-1α 26.3 %），證實(shí)DFO持續(xù)激活HIF-1α/VEGF軸并促進(jìn)血管新生；圖6E–F定量熒光強(qiáng)度亦呈相同趨勢(shì)，Gel-4組VEGF、HIF-1α強(qiáng)度較MI組提升約2.9倍與3.1倍。心肌結(jié)構(gòu)蛋白方面，圖6C、G顯示α-actinin在Gel-4組熒光強(qiáng)度為（18.7 ± 1.3）×103 a.u.，較MI組提高了2.5倍，表明肌節(jié)成熟與收縮單元恢復(fù)；圖6D、H顯示CX43在Gel-4組表達(dá)量達(dá)（21.4 ± 1.8）×10³ a.u.，為MI組的4.3倍，縫隙連接重構(gòu)顯著，電-收縮耦聯(lián)功能明顯改善。綜合圖6結(jié)果，Gel-4通過(guò)協(xié)同促血管新生、抑制炎癥及氧化應(yīng)激，最終實(shí)現(xiàn)心肌結(jié)構(gòu)修復(fù)與功能恢復(fù)。

圖6.28天水凝膠促血管與心肌修復(fù)：(A)VEGF(綠)、(B)HIF-1α(綠)、(C)α-actinin(紅)、(D)CX43(綠)免疫熒光及(E-H)平均熒光強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)