DOI: 10.1002/adfm.201908612
心臟組織工程學是預防心肌梗塞后功能惡化甚至增強心臟功能的一種有前途的策略。在此，對含有導電聚苯胺、膠原和/或透明質酸的不同組合的電紡纖維墊的材料特性以及與心肌細胞附著和功能的相容性進行評估。微觀結構分析表明，交聯后的膠原纖維墊具有很寬的纖維直徑范圍（從約300nm到約5μm）；其他纖維墊均含有約120到約300nm的纖維。纖維墊表現出與天然人心肌相當的導電性和更高的機械性能，這被認為是有益的。利用出生后的大鼠心肌細胞進行的細胞-基質相互作用分析表明，纖維墊無細胞毒性，可以使細胞附著和收縮。含膠原蛋白（9.89％），透明質酸（1.1％）和聚苯胺（PANi，1.34％）的纖維墊具有收縮時間長、收縮幅度高和搏動速率低的優點。改善的收縮伴隨著連接蛋白43表達的增加。重要的是，就細胞毒性、細胞附著和功能而言，這種纖維墊是人類誘導的多能干細胞衍生的心肌細胞的合適材料。總之，這些數據表明，由膠原蛋白、透明質酸和聚苯胺制成的纖維墊是用于心臟組織工程的有前途的材料。
圖1.電紡膠原、膠原/HA和膠原/HA/PANi混合物的形態學表征。a）未交聯電紡纖維墊的代表性掃描電鏡圖像。b）戊二醛蒸汽交聯后電紡纖維墊的代表性掃描電鏡圖像。c）纖維直徑的量化（n=100）。d）纖維排列的量化（n=3）。數據為平均值±標準偏差和*：p＜0.05。比例尺：黃色：2μm，藍色：0.2μm。
圖2.膠原、膠原/HA和膠原/HA/PANi混合物的理化和電學性質。a）代表性應力-應變圖。b）FTIR光譜。c）潤濕性分析（n=5）。d）體電導率分析（n=5）。數據為平均值±標準偏差。*：p≤0.05。
圖3.電紡膠原、膠原/HA和膠原/HA/PANi纖維墊抗水解降解的穩定性。a）DPBS中各混合物在1天后的代表性SEM圖像。b） 在DPBS中放置28天后各混合物的代表性SEM圖像。c） DPBS培養基pH隨培養時間的變化（n=3）。d）纖維墊在孵育時間內的吸水率（n=3）。e） 纖維墊在孵育時間內的失重（n=3）。數據為平均值±標準偏差。比例尺：黃色：2μm，藍色：1μm。
圖4.電紡纖維墊對心肌細胞活性的影響。a）新生大鼠心肌細胞在電紡纖維墊上48小時存活率的代表性圖像，基于鈣黃綠素-AM（綠色，存活）和乙錠均二聚物（EthD-1，紅色，死亡）染色。b）面板內（a）活死染色（n=3，一式三份）的定量分析。數據為平均值±標準偏差和*：p≤0.05，**：p≤0.01和***：p 0.001。比例尺：25μm。
圖5.心肌細胞在不同纖維墊上搏動行為的肌肉運動分析。a）收縮持續時間、b）峰時間、c）收縮幅度、d）第5天的峰-峰時間（n=3，一式三份）的定量分析。f） e）膠原、f）膠原-HA、g）PANi1、h）PANi2、i）PANi3、和j）PANi4在第5天收縮速度的示例。數據為平均值±標準偏差。*：p≤0.05，**：p≤0.01，****：p≤0.0001。
圖6.心肌細胞擴散、電耦合并覆蓋電紡纖維墊的表面。a）第5天在電紡纖維墊上培養的新生兒心肌細胞共聚焦圖像的投影示例，對心肌細胞特異性標志物肌鈣蛋白I和/或肌節-α-肌動蛋白以及連接蛋白43進行染色。b）心肌細胞（肌鈣蛋白I）表面覆蓋率的定量分析（n=3,一式三份）。c）連接蛋白43表面覆蓋率的定量分析（n=3,一式三份）。d）第5天在電紡纖維墊上培養的新生兒心肌細胞的共聚焦圖像的投影示例，顯示連接蛋白43。數據為平均值±標準偏差。**：p≤0.01。比例尺：黃色：25μm，白色：4μm。
圖7.纖維結構和hiPSC衍生的心肌細胞對纖維墊的響應。a）自發熒光纖維氈的共聚焦圖像。黃色箭頭表示纖維墊中存在PANi。b）基于鈣黃綠素-AM（綠色，存活）和乙錠均二聚物（EthD-1，紅色，死亡）染色的活死染色及其定量分析（n=3,一式三份），第5天在電紡纖維墊上培養的新生大鼠心臟細胞的活力的代表性圖像。c）第5天在電紡纖維墊上培養的hiPSC衍生的心肌細胞的共聚焦圖像的投影示例，對心肌細胞特異性標志物肌鈣蛋白I和/或肌節-α-肌動蛋白進行染色。數據是平均值±標準偏差和n.s.表示無顯著性。比例尺：黃色：10 μm，白色：4 μm。
圖8.hiPSC衍生的心肌細胞在不同纖維墊上搏動行為的肌肉運動分析。一天中收縮速度參數的定量分析（n=3）。b）第5天膠原、膠原-HA和PANi4收縮的示例。數據為平均值±標準偏差。n.s.表示無顯著性，*：p＜0.05，***：p＜0.0001。
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