每日前沿ACSNano纳米工程喷雾疗法

ACSNano：纳米工程喷雾疗法治疗心肌梗死

第一作者：MarceloMu?oz

通讯作者：EmilioI.Alarcon

通讯单位：UniversityofOttawaHeartInstitute

背景介绍

心血管疾病（CVD）在全球死亡率统计中排名为第二大常见死因。在CVD患者中，冠状动脉血液阻塞引起的心肌梗塞（MI）通常被称作心脏病发作，在CVD患者年度死亡人数中排名第一。虽然外科手术可以重建心肌的血液供应，但恢复心肌功能，包括心室内的电传导和电同步仍然是心肌梗死后的挑战。如果可以改善心肌梗死后组织完整性和心脏功能，就有可能减少心室壁壁内劳损，从而可以预防5年死亡率为50%的心力衰竭（HF）。

使用心脏贴片作为治疗心肌梗死的治疗方法已在临床前的相关研究中得到了证明。然而，尽管这些材料可能有效，但这些材料必须缝合或粘合到心脏上，这在植入时可能具有一定的难度。此外，在制作心脏贴片时，尚未考虑植入物应根据梗塞区域的形状，大小和位置进行定制。由于这些原因，要想在临床上使用这类贴片可能过于复杂而导致不切实际。因此，迫切需要开发一种能够恢复心脏功能的原位疗法，该疗法也适用于不同几何形状和大小的梗塞。

本文亮点

1.该工作报道了一种纳米工程喷涂疗法，可用于直接修复受损心脏。

2.该工作制备的纳米喷雾由肽基材料和纳米金复合而成，可改善心脏的收缩力和电信号的传播。

图文解析

要点：

1.该工作定制设计的多臂肽对胶体球形纳米金进行表面功能化处理（图1a），可在较低肽浓度的情况下，使得纳米金颗粒稳定分散（图1b）。其中，Multi-2肽的效果最好（图1c）。

2.对肽稳定纳米金（AuNPs）原理进行分析，发现未加入肽的AuNPs具有负zeta电位（Z电位），而加入肽后增加到正值，其中，4-leg和multi-2显示出与AuNPs绝对值相当的稳定性（图1d）。这主要是由于multi-2显示出较大的表面覆盖率，因此暴露了最多的胺基团，这与测量的Z电位值的增加非常吻合。此外，等温滴定量热法（图1f）表明，与添加4-leg肽相比，将multi-2肽加入胶体纳米金在溶液的热量中产生更大的变化。

要点：

1.为了应用该喷涂技术，该工作还开发了一种小型化喷嘴，其主要目标有两个：（1）适用于未来的微创外科手术和（2）以均匀的涂层模式分配。图2a描述了使用上述工程肽原位胶体纳米金表面修饰的示意图。所使用的喷雾处理的总体积为4.0μL，在距离目标1cm处喷洒，可形成一个直径为7.5mm的均匀圆形图案（图2b），满足小鼠心梗面积的需要。

要点：

1.为评估该喷雾的治疗效果，在小鼠心梗后7天进行治疗，并在28天后进行心脏相关指标的测试（图3a）。

2.图3b-e评估了小鼠在28天后的左心室射血分数（LVEF），心脏收缩末期体积（ESV）和舒张末期体积（EDV）的变化，可以看出，multi-Au组对于心梗的治疗效果最佳。通过超声心动图和心电图（图3f，g）进一步证实了喷雾疗法的治疗效果。

3.该工作还证明了未与心肌结合的纳米金可通过正常的排泄方式排出（图3h，i），并不会对小鼠造成损害。

要点：

1.该工作对治疗效果原因进行了分析，发现喷涂式心脏纳米疗法可增加心脏壁厚度并减小梗死大小。通过Masson染色结果可以看出，与PBS，AuNP，4-Leg和多肽治疗组相比，Multi-AuNP和4-LegAuNP治疗组具有更厚的活的心肌（图4a，b），且Multi-AuNP治疗的心脏的疤痕大小仅为≈10%（图4c），远低于对照组的50%。

要点：

1.该工作通过组织切片的免疫染色分析了喷雾式纳米治疗对于改善血管的作用。Multi-AuNP组心肌的毛细血管和小动脉数量最高（图5a），且Multi-AuNP和4-Leg-AuNP治疗导致CD86促炎性巨噬细胞的密度较低（图5b）。

要点：

1.为了进一步探索喷雾纳米治疗应用的功能益处的可能机制，进行了免疫组织化学染色以评估治疗后28天边界区域的心肌细胞保存和间隙连接形成（图6a）。与PBS和单独使用Au治疗相比，使用Multi-AuNP治疗的心脏边界区域的心脏肌钙蛋白T（cTnT）表达面积（一种心肌细胞标志物）显示更大（图6b），表明心肌细胞保存更大。值得注意的是，与所有其他治疗组相比，Multi-AuNP组在边界区域的间隙连接蛋白连接蛋白43（Cx43）表达水平更高（图6c）。这表明室性心肌间隙连接和细胞内通讯的保留或重建。

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