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微環境控釋型生物材料新進展:以基質金屬蛋白酶爲靶點的心肌梗死響應性智能水凝膠可按需遞送生物活性分子

  心肌梗死(MI)是由冠狀動脈閉塞缺血、缺氧所導致的不可逆的心肌損傷,是目前世界範圍內心血管死亡和致殘的主要原因。心髒缺血導致心肌細胞大量死亡,同時局部上調的基質金屬蛋白酶(MMPs)降解心髒細胞外基質(ECM),降低組織力學性能,導致梗死區域心室壁逐漸變薄,整體擴張,加速心功能惡化。原位恢複梗死區域的血供,減輕ECM降解成爲治療心肌梗死的潛在手段。研究表明,心肌內注射生物材料和生物活性因子(如血管生成因子或MMP抑制劑)利于心肌梗死後心功能的恢複。然而,心肌損傷隨著時間的推移表現出可變的疾病活動,伴有病情加重和低疾病活動期。現有的心肌內藥物遞送系統提供持續的藥物釋放,而與疾病活動無關,這可能導致局部在在疾病高活動期藥物水平不足,而在低疾病活動期藥物水平過量。因此發展一種疾病微環境響應的藥物遞送系統,將控制藥物的釋放以配合疾病的活動,實現按需釋放,才有可能達到最佳的治療效果。此外,目前仍沒有活性分子可同時實現在心肌損傷部位促血管新生及MMP抑制雙重功能。 

 

  针对心肌损伤微环境的特点,中國科學院遗传与发育生物学研究所戴建武团队设计了一种微环境控释型功能化胶原水凝胶,它包含一种全新的生物大分子(GST-TIMP-bFGF),不僅可以抑制MMP活性減輕心肌ECM降解,而且可以響應心肌梗死微環境釋放堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)促進血管新生。 

 

  研究結果表明,雙功能水凝膠通過抑制MMP活性及生長因子按需釋放,可以增加損傷組織血管化,減輕心髒重構,明顯改善心功能。這種材料有望成爲治療缺血性心髒病的新手段,同時由于MMP在多種損傷中高表達以及GST-GSH系統的靈活便捷特點,此特異結合及微環境控釋技術有望拓展應用于多種材料及生長因子緩釋,促進不同組織再生。 

 

  該研究結果于2019813日在Advanced Materials DOI10.1002/adma.201902900)上在线发表。通讯作者为戴建武研究员,共同通讯作者为遗传发育所赵燕南副研究员。该研究受中國科學院重点部署项目“组织器官再生与损伤修复”资助。 

    

MMP響應性水凝膠制備及藥物在大鼠MI模型損傷部位釋放過程的示意圖