能够向多个谱系分化的间充质干细胞 (MSCs) 是再生医学中使用最广泛的细胞来源之一，其在治疗心肌梗死（MI）方面具有广阔的应用前景。最近，越来越多的研究表明，干细胞用于心肌梗死的治疗效果主要来自旁分泌介导的心肌修复，其能够有益于免疫调节、血管生成、抗细胞凋亡、抗瘢痕形成和局部干细胞和祖细胞的调节。因此，维持间充质干细胞的干性和促进旁分泌有助于MI后心脏功能的显着恢复。
近日，天津大学刘文广教授团队利用微流控系统来制备了负载MSCs的聚两性离子微凝胶。将两性离子羧基甜菜碱大分子单体、巯基封端的PEG和大鼠骨髓间充质干细胞（rBMSCs）加载到微流体系统中，在该系统中原位快速发生迈克尔加成反应，从而形成包裹rBMSCs的PCB-PEG微凝胶（rBMSCs@mcirogels），得到的rBMSCs@mcirogels具有提升的旁分泌效应。两性离子微凝胶中的rBMSCs不仅可以在注射到梗死部位过程中避免剪切力损伤和免疫系统攻击，而且由于其在超亲水环境中的高度收缩状态，还可以保持干细胞干性。为了提高微凝胶在心梗区域的滞留和改善心肌梗死区的微环境，设计合成了酪胺修饰的透明质酸（HA-Tyr）并与中药葛根素（PUE）反应，通过过氧化氢和辣根过氧化物酶（HRP）介导的酚间交联形成可注射的水凝胶。将rBMSCs@mcirogels装载到HA-Tyr-PUE水凝胶中，其中葛根素可以清除ROS，从而缓解梗塞区域的氧化应激。此外HRP可以催化H2O2分解产生氧气，可以缓解MI受损部位的缺氧微环境（图1）。
图1. 微流控系统制备rBMSCs@mcirogels及其载体HA-Tyr-PUE可注射水凝胶制备示意图
实验中发现，将rBMSCs封装在PCB-PEG微凝胶中后，将其向成脂、成骨和成肌方向分化诱导。以组织培养板组（TCP）上的rBMSCs分化为对照组。通过使用组织学染色和实时聚合酶链反应 (RT-PCR) 的RNA 分析来评估 rBMSCs 的分化。结果表明，包裹在PCB-PEG微凝胶中的rBMSCs可以保持干性，即未分化状态（图2）。
图2. 包裹在PCB-PEG微凝胶中的rBMSCs在成脂、成骨和成肌方向上的分化结果
将可注射水凝胶HA-Tyr-PUE作为载体与负载rBMSCs的PCB-PEG微凝胶混合，即HA-Tyr-PUE@rBMSCs@microgels注射到 MI 后的大鼠心肌梗死区，由于该凝胶体系对梗死区微环境的调节和干细胞旁分泌作用，纤维化减少，心室壁厚度增加，新生血管形成能力提高，显著恢复了心脏功能和心室结构。这种装载维持干性的rBMSCs@microgels和具有ROS清除能力的中草药交联生物大分子水凝胶，可以扩展到设计不同的自适应治疗载体以促进组织再生和功能恢复。
目前上述工作已发表在《Nano Today》上，论文第一作者为天津大学材料学院博士生刘洋，通讯作者为天津大学材料学院刘文广教授。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.nantod.2021.101306
来源：高分子科学前沿
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！