DOI: 10.1002/adfm.201908612
心脏组织工程学是预防心肌梗塞后功能恶化甚至增强心脏功能的一种有前途的策略。在此，对含有导电聚苯胺、胶原和/或透明质酸的不同组合的电纺纤维垫的材料特性以及与心肌细胞附着和功能的相容性进行评估。微观结构分析表明，交联后的胶原纤维垫具有很宽的纤维直径范围（从约300nm到约5μm）；其他纤维垫均含有约120到约300nm的纤维。纤维垫表现出与天然人心肌相当的导电性和更高的机械性能，这被认为是有益的。利用出生后的大鼠心肌细胞进行的细胞-基质相互作用分析表明，纤维垫无细胞毒性，可以使细胞附着和收缩。含胶原蛋白（9.89％），透明质酸（1.1％）和聚苯胺（PANi，1.34％）的纤维垫具有收缩时间长、收缩幅度高和搏动速率低的优点。改善的收缩伴随着连接蛋白43表达的增加。重要的是，就细胞毒性、细胞附着和功能而言，这种纤维垫是人类诱导的多能干细胞衍生的心肌细胞的合适材料。总之，这些数据表明，由胶原蛋白、透明质酸和聚苯胺制成的纤维垫是用于心脏组织工程的有前途的材料。
图1.电纺胶原、胶原/HA和胶原/HA/PANi混合物的形态学表征。a）未交联电纺纤维垫的代表性扫描电镜图像。b）戊二醛蒸汽交联后电纺纤维垫的代表性扫描电镜图像。c）纤维直径的量化（n=100）。d）纤维排列的量化（n=3）。数据为平均值±标准偏差和*：p＜0.05。比例尺：黄色：2μm，蓝色：0.2μm。
图2.胶原、胶原/HA和胶原/HA/PANi混合物的理化和电学性质。a）代表性应力-应变图。b）FTIR光谱。c）润湿性分析（n=5）。d）体电导率分析（n=5）。数据为平均值±标准偏差。*：p≤0.05。
图3.电纺胶原、胶原/HA和胶原/HA/PANi纤维垫抗水解降解的稳定性。a）DPBS中各混合物在1天后的代表性SEM图像。b） 在DPBS中放置28天后各混合物的代表性SEM图像。c） DPBS培养基pH随培养时间的变化（n=3）。d）纤维垫在孵育时间内的吸水率（n=3）。e） 纤维垫在孵育时间内的失重（n=3）。数据为平均值±标准偏差。比例尺：黄色：2μm，蓝色：1μm。
图4.电纺纤维垫对心肌细胞活性的影响。a）新生大鼠心肌细胞在电纺纤维垫上48小时存活率的代表性图像，基于钙黄绿素-AM（绿色，存活）和乙锭均二聚物（EthD-1，红色，死亡）染色。b）面板内（a）活死染色（n=3，一式三份）的定量分析。数据为平均值±标准偏差和*：p≤0.05，**：p≤0.01和***：p 0.001。比例尺：25μm。
图5.心肌细胞在不同纤维垫上搏动行为的肌肉运动分析。a）收缩持续时间、b）峰时间、c）收缩幅度、d）第5天的峰-峰时间（n=3，一式三份）的定量分析。f） e）胶原、f）胶原-HA、g）PANi1、h）PANi2、i）PANi3、和j）PANi4在第5天收缩速度的示例。数据为平均值±标准偏差。*：p≤0.05，**：p≤0.01，****：p≤0.0001。
图6.心肌细胞扩散、电耦合并覆盖电纺纤维垫的表面。a）第5天在电纺纤维垫上培养的新生儿心肌细胞共聚焦图像的投影示例，对心肌细胞特异性标志物肌钙蛋白I和/或肌节-α-肌动蛋白以及连接蛋白43进行染色。b）心肌细胞（肌钙蛋白I）表面覆盖率的定量分析（n=3,一式三份）。c）连接蛋白43表面覆盖率的定量分析（n=3,一式三份）。d）第5天在电纺纤维垫上培养的新生儿心肌细胞的共聚焦图像的投影示例，显示连接蛋白43。数据为平均值±标准偏差。**：p≤0.01。比例尺：黄色：25μm，白色：4μm。
图7.纤维结构和hiPSC衍生的心肌细胞对纤维垫的响应。a）自发荧光纤维毡的共聚焦图像。黄色箭头表示纤维垫中存在PANi。b）基于钙黄绿素-AM（绿色，存活）和乙锭均二聚物（EthD-1，红色，死亡）染色的活死染色及其定量分析（n=3,一式三份），第5天在电纺纤维垫上培养的新生大鼠心脏细胞的活力的代表性图像。c）第5天在电纺纤维垫上培养的hiPSC衍生的心肌细胞的共聚焦图像的投影示例，对心肌细胞特异性标志物肌钙蛋白I和/或肌节-α-肌动蛋白进行染色。数据是平均值±标准偏差和n.s.表示无显著性。比例尺：黄色：10 µm，白色：4 µm。
图8.hiPSC衍生的心肌细胞在不同纤维垫上搏动行为的肌肉运动分析。一天中收缩速度参数的定量分析（n=3）。b）第5天胶原、胶原-HA和PANi4收缩的示例。数据为平均值±标准偏差。n.s.表示无显著性，*：p＜0.05，***：p＜0.0001。
