DOI：10.1016/j.biomaterials.2019.119726
活性氧（ROS）在包括动脉粥样硬化、糖尿病、炎症和心肌梗塞（MI）在内的多种疾病的发病机理中起着重要作用。在这项研究中，由聚己内酯二醇、1,6-六亚甲基二异氰酸酯（HDI）和ROS可裂解的扩链剂合成了一种具有ROS响应的可生物降解的含硫缩酮（PUTK）键的弹性聚氨酯。将PUTK静电纺丝成纤维状斑块，可选择负载糖皮质激素甲基泼尼松龙（MP），用于体内治疗大鼠的MI。纤维补片表现出合适的机械性能和高弹性。在1 mM H2O2溶液中孵育2周后，由于聚合物主链上硫代缩酮键的降解，PUTK的分子量显著降低。PUTK和PUTK/MP纤维补片在体外氧化环境中均显示出良好的抗氧化性能。与非ROS响应的补片相比，在大鼠MI体内植入ROS响应的聚氨酯补片可以更好地保护心肌细胞在早期阶段（24小时）免于死亡。植入PUTK/MP纤维补片28天可以有效改善心脏功能重建，包括增加射血分数，减小梗死面积和增强梗死心肌的血管重建。
图1.（A）由聚（ε-己内酯）二醇、1,6-六亚甲基二异氰酸酯和ROS可裂解的硫缩酮（TK）和1,6-己二胺（HMDA）的扩链剂合成ROS响应性聚氨酯（PUTK）和非响应性聚氨酯（PU）的流程。（B）PUTK中的硫酮连接物被切割，以响应由原位损伤或发炎组织表达的活性氧（ROS）。用甲基强的松龙（MP）制备电纺纤维补片以实现可持续释放。在心肌梗塞（MI）表面移植心脏补片，以恢复受损心肌的结构和功能。
图2.（A）PUTK和（B）非响应性聚氨酯（PU）的1H NMR光谱。（C）PUTK和PU的FTIR光谱显示了聚氨酯的特征峰。（D）PUTK和PU的DSC热谱图：分别在氮气气氛下以10℃/min的速度从-80加热到200℃的加热扫描和从200℃到-80℃的冷却扫描。
图3.分别从（A-D）顶面和（A1-B1）横截面观察到的（A，A1）PUTK、（B，B1）PUTK/MP、（C，C1）PU和（D，D1）PU/MP电纺纤维补片的扫描电镜图像。（A-D）中的插图是相应样本的高倍图像。（E）PUTK、（F）PUTK/MP、（G）PU和（H）PU/MP在10％伸长率下的循环拉伸。（I）不同纤维补片的单轴拉伸试验曲线。
图4.（A，B）PUTK和（C，D）PU纤维补片分别在（A，C）1 mM H2O2溶液和（B，D）PBS中孵育14天后的扫描电镜图像。（E）DPPH测定显示在37℃的乙醇溶液中用200 µM DPPH处理的纤维补片对自由基的抑制作用。（F）在37℃下，pH 7.4 PBS和1 mM H2O2溶液中的纤维补片体外MP释放曲线。数据表示为平均值±标准偏差，每组n=3。
图5.（A）H9C2心肌细胞在含PUTK和PU纤维补片提取液的培养基中培养1天和2天的生存能力。（B）H9C2心肌细胞在纤维补片上的增殖随时间延长。以在TCPS上培养的细胞为对照。n≥3，平均值±标准差，*p<0.05。
图6.纤维补片治疗改善了心肌梗塞大鼠的心功能。（A）不同治疗组心肌梗塞后经不同治疗28天的代表性超声心动图（M型）。（B-H）左室射血分数（LVEF）和左室缩短分数（LVFS）、收缩末期容积（ESV）、舒张末期容积（EDV）、室间隔（收缩期）（IVS；s）、左室内径（收缩期）（LVID；s）和左室后壁（收缩期）（LVPW；s）的时间历程。数据用平均值±标准差表示，*P<0.05，**P<0.01与MI组相比。#和###分别代表所选组之间P<0.05和P<0.01。
图7.Masson和Sirius红染色对心脏的病理学检查。（A）代表心脏水平全景。（B）（A）中红色框所示区域分别为Masson染色心肌的代表性显微照片。（C）天狼星红染色心肌的代表性显微照片。（D）用中线法测定梗死面积比。数据表示为平均值±标准偏差。*P<0.05，** P<0.01与MI组相比。##表示所选组之间P <0.01。
图8.（A）心肌梗塞后1天，通过TUNEL染色测定的心肌梗塞区域的细胞凋亡。下部面板显示在红色框标记的区域内相应样本的较高放大倍率图像。（B）每组梗塞区域的凋亡细胞的百分比。数据表示为平均值±标准偏差。与MI组相比，*P<0.05，**P<0.01。##表示所选组之间P<0.01。
图9.（A）心肌梗塞后28天，β-SMA（绿色），CD31（红色）和细胞核（蓝色）的免疫组织化学染色。（B）用不同方法处理的各个组织中的血管结构的密度。数据表示为平均值±标准偏差。与MI组相比，* P <0.05，** P <0.01。##表示所选组之间P <0.01。
图10.间隙连接蛋白（Cx43）在1天（A）、7天（B）和28天（C）的代表性免疫荧光染色图像。绿色和蓝色分别代表Cx43和细胞核。
