DOI：10.1016/j.biomaterials.2019.119726
活性氧（ROS）在包括動脈粥樣硬化、糖尿病、炎癥和心肌梗塞（MI）在內的多種疾病的發病機理中起著重要作用。在這項研究中，由聚己內酯二醇、1,6-六亞甲基二異氰酸酯（HDI）和ROS可裂解的擴鏈劑合成了一種具有ROS響應的可生物降解的含硫縮酮（PUTK）鍵的彈性聚氨酯。將PUTK靜電紡絲成纖維狀斑塊，可選擇負載糖皮質激素甲基潑尼松龍（MP），用于體內治療大鼠的MI。纖維補片表現出合適的機械性能和高彈性。在1 mM H2O2溶液中孵育2周后，由于聚合物主鏈上硫代縮酮鍵的降解，PUTK的分子量顯著降低。PUTK和PUTK/MP纖維補片在體外氧化環境中均顯示出良好的抗氧化性能。與非ROS響應的補片相比，在大鼠MI體內植入ROS響應的聚氨酯補片可以更好地保護心肌細胞在早期階段（24小時）免于死亡。植入PUTK/MP纖維補片28天可以有效改善心臟功能重建，包括增加射血分數，減小梗死面積和增強梗死心肌的血管重建。
圖1.（A）由聚（ε-己內酯）二醇、1,6-六亞甲基二異氰酸酯和ROS可裂解的硫縮酮（TK）和1,6-己二胺（HMDA）的擴鏈劑合成ROS響應性聚氨酯（PUTK）和非響應性聚氨酯（PU）的流程。（B）PUTK中的硫酮連接物被切割，以響應由原位損傷或發炎組織表達的活性氧（ROS）。用甲基強的松龍（MP）制備電紡纖維補片以實現可持續釋放。在心肌梗塞（MI）表面移植心臟補片，以恢復受損心肌的結構和功能。
圖2.（A）PUTK和（B）非響應性聚氨酯（PU）的1H NMR光譜。（C）PUTK和PU的FTIR光譜顯示了聚氨酯的特征峰。（D）PUTK和PU的DSC熱譜圖：分別在氮氣氣氛下以10℃/min的速度從-80加熱到200℃的加熱掃描和從200℃到-80℃的冷卻掃描。
圖3.分別從（A-D）頂面和（A1-B1）橫截面觀察到的（A，A1）PUTK、（B，B1）PUTK/MP、（C，C1）PU和（D，D1）PU/MP電紡纖維補片的掃描電鏡圖像。（A-D）中的插圖是相應樣本的高倍圖像。（E）PUTK、（F）PUTK/MP、（G）PU和（H）PU/MP在10％伸長率下的循環拉伸。（I）不同纖維補片的單軸拉伸試驗曲線。
圖4.（A，B）PUTK和（C，D）PU纖維補片分別在（A，C）1 mM H2O2溶液和（B，D）PBS中孵育14天后的掃描電鏡圖像。（E）DPPH測定顯示在37℃的乙醇溶液中用200 μM DPPH處理的纖維補片對自由基的抑制作用。（F）在37℃下，pH 7.4 PBS和1 mM H2O2溶液中的纖維補片體外MP釋放曲線。數據表示為平均值±標準偏差，每組n=3。
圖5.（A）H9C2心肌細胞在含PUTK和PU纖維補片提取液的培養基中培養1天和2天的生存能力。（B）H9C2心肌細胞在纖維補片上的增殖隨時間延長。以在TCPS上培養的細胞為對照。n≥3，平均值±標準差，*p<0.05。
圖6.纖維補片治療改善了心肌梗塞大鼠的心功能。（A）不同治療組心肌梗塞后經不同治療28天的代表性超聲心動圖（M型）。（B-H）左室射血分數（LVEF）和左室縮短分數（LVFS）、收縮末期容積（ESV）、舒張末期容積（EDV）、室間隔（收縮期）（IVS；s）、左室內徑（收縮期）（LVID；s）和左室后壁（收縮期）（LVPW；s）的時間歷程。數據用平均值±標準差表示，*P<0.05，**P<0.01與MI組相比。#和###分別代表所選組之間P<0.05和P<0.01。
圖7.Masson和Sirius紅染色對心臟的病理學檢查。（A）代表心臟水平全景。（B）（A）中紅色框所示區域分別為Masson染色心肌的代表性顯微照片。（C）天狼星紅染色心肌的代表性顯微照片。（D）用中線法測定梗死面積比。數據表示為平均值±標準偏差。*P<0.05，** P<0.01與MI組相比。##表示所選組之間P <0.01。
圖8.（A）心肌梗塞后1天，通過TUNEL染色測定的心肌梗塞區域的細胞凋亡。下部面板顯示在紅色框標記的區域內相應樣本的較高放大倍率圖像。（B）每組梗塞區域的凋亡細胞的百分比。數據表示為平均值±標準偏差。與MI組相比，*P<0.05，**P<0.01。##表示所選組之間P<0.01。
圖9.（A）心肌梗塞后28天，β-SMA（綠色），CD31（紅色）和細胞核（藍色）的免疫組織化學染色。（B）用不同方法處理的各個組織中的血管結構的密度。數據表示為平均值±標準偏差。與MI組相比，* P <0.05，** P <0.01。##表示所選組之間P <0.01。
圖10.間隙連接蛋白（Cx43）在1天（A）、7天（B）和28天（C）的代表性免疫熒光染色圖像。綠色和藍色分別代表Cx43和細胞核。
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