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作者及发表信息

该研究由Huining Wan、Xiaohui Yang、Yutong Zhang、Xiyu Liu、Yanyan Li、Yumei Qin、Hui Yan、Lan Gui、Ke Li、Longjian Zhang、Li Yang、Bo Zhang和Yunbing Wang共同完成，主要来自四川大学国家生物材料工程研究中心。该研究于2024年8月3日发表在ACS Nano期刊上，卷号为18，页码为21512-21522。

学术背景

该研究属于生物材料与心血管医学交叉领域，主要针对先天性心脏病（Congenital Heart Disease, CHD）治疗中使用的微创介入封堵器（Cardiac Occluders）存在的局限性展开。尽管微创介入封堵器能够有效封堵心脏缺损组织，但其在植入后仍存在内皮愈合不良、强烈的炎症反应和血栓形成等问题，这些限制了其在体内的修复效果。因此，研究者旨在通过开发一种新型涂层来改善封堵器的性能，促进内皮化、减少炎症反应和血栓形成，并进一步促进心肌修复。

研究的主要目标是制备一种基于多酚强化的药物/肽类糖萼样（Glycocalyx-like）水凝胶涂层，并将其应用于心脏封堵器表面，以实现上述功能。该涂层由羧化壳聚糖（Carboxylated Chitosan, CCS）、表没食子儿茶素-3-没食子酸酯（Epigallocatechin-3-gallate, EGCG）、丹参酮IIA磺酸钠（Tanshinone IIA Sulfonic Sodium, TSS）和接枝3-氨基苯硼酸的透明质酸（Hyaluronic Acid, HA）组成，并通过巯基-烯“点击”反应接枝巯基丙酸-GGGGG-精氨酸-谷氨酸-天冬氨酸-缬氨酸（REDV）肽。

研究流程

研究流程分为以下几个主要步骤：

1. 涂层制备与表征
   研究者通过层层自组装技术（Layer-by-Layer Self-Assembly）和巯基-烯“点击”反应制备了CCS/EGCG-TSS/HA-APBA@REDV（CETHR）涂层。利用石英晶体微天平（Quartz-Crystal Microbalance with Dissipation, QCM-D）实时监测涂层的组装过程，并通过X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS）和原子力显微镜（Atomic Force Microscopy, AFM）对涂层的化学组成和表面形貌进行表征。此外，还测试了涂层的亲水性、表面电位和自由基清除能力。

2. 药物释放与血液相容性评估
   研究者评估了CETHR涂层中EGCG-TSS的释放行为，并通过血小板富集血浆（Platelet-Rich Plasma, PRP）和全血黏附实验测试了涂层的血液相容性。此外，还进行了体外动静脉分流实验（Ex Vivo Arteriovenous Shunt Assay）以评估涂层的抗血栓能力。

3. 细胞相容性与心肌修复功能评估
   研究者将内皮细胞（Endothelial Cells, ECs）和H9c2心肌细胞接种在涂层表面，评估了涂层对细胞黏附、迁移和存活的影响。通过FDA染色、CCK-8实验和ATP活性检测评估了细胞的活性，并通过免疫荧光染色检测了H9c2细胞中连接蛋白43（Connexin-43, CX-43）的表达水平。

4. 体内实验
   研究者在新西兰白兔颈动脉模型中评估了涂层的抗炎和内皮化功能，并通过皮下植入实验进一步评估了涂层的组织相容性。实验结束后，取组织进行H&E染色和免疫荧光染色，以分析炎症细胞浸润和血管内皮生长因子（Vascular Endothelial Growth Factor, VEGF）的表达。

5. 基因表达分析
   研究者通过RNA测序分析（RNA-Sequencing Analysis）研究了CETHR涂层对H9c2细胞基因表达的影响，重点分析了与炎症、凋亡和代谢相关的信号通路。

主要结果

1. 涂层表征
   QCM-D实验显示，涂层组装过程中质量逐渐增加，XPS和AFM结果证实了涂层的成功制备。CETHR涂层表现出良好的亲水性和自由基清除能力，并能够持续释放EGCG-TSS。

2. 血液相容性与抗血栓能力
   PRP和全血黏附实验表明，CETHR涂层显著减少了血小板和全血的黏附。体外动静脉分流实验进一步证实了涂层的抗血栓能力。

3. 细胞相容性与心肌修复功能
   CETHR涂层显著促进了ECs的黏附和迁移，并提高了H9c2细胞的存活率和CX-43表达水平，表明涂层具有保护心肌细胞和促进心肌修复的潜力。

4. 体内实验
   颈动脉植入实验显示，CETHR涂层显著减少了新生内膜面积和炎症细胞浸润，并促进了内皮化。皮下植入实验表明，涂层显著减少了纤维囊厚度和炎症反应。

5. 基因表达分析
   RNA测序分析显示，CETHR涂层通过调控NF-κB和TNF信号通路抑制了炎症反应，并通过调控MAPK、cAMP和cGMP-PKG信号通路抑制了心肌细胞凋亡和代谢异常。

结论

该研究成功制备了一种多酚强化的药物/肽类糖萼样水凝胶涂层（CETHR），并证实其在促进内皮化、减少血栓形成和炎症反应、以及促进心肌修复方面的显著效果。涂层的抗炎功能主要依赖于NF-κB和TNF信号通路，而其抗凋亡和代谢调节功能则通过cAMP、cGMP-PKG和MAPK信号通路实现。该研究为心脏封堵器的功能化涂层设计提供了新策略，具有重要的科学和应用价值。

研究亮点

1. 创新性涂层设计：首次将多酚类药物（EGCG和TSS）与REDV肽结合，制备了具有多重功能的糖萼样水凝胶涂层。
2. 多重功能验证：通过体外和体内实验系统验证了涂层在促进内皮化、抗血栓、抗炎和心肌修复方面的功能。
3. 基因水平机制研究：通过RNA测序揭示了涂层调控心肌细胞炎症、凋亡和代谢的分子机制。

其他有价值的内容

该研究还提供了详细的实验方法和数据分析流程，为后续研究提供了重要参考。此外，涂层的制备方法具有较好的可扩展性，有望应用于其他心血管植入材料的表面功能化。