背景心肌梗死是全球临床死亡的主要病因,由于心肌细胞难以再生,在心肌细胞缺血坏死后,心肌组织被纤维替代,严重影响心功能,进而发展为心室重构,心力衰竭等难以挽救的地步。心脏移植供体难求,目前的治疗手段仅局限于溶栓、改善血供等方法支持残存的心肌细胞。而随着许多新型生物材料的研发,工程化心肌补片被视为新的改善心梗的手段,被寄予厚望。由于心肌细胞独特的电生理特点,提供电传导性能是工程化心肌补片构建的重要一环。碳基导电材料具有优越的导电性,化学性质稳定,能够赋予心肌补片良好的电整合功能,为正常心肌组织与心梗组织之间建立电活动,改善电传导。冷冻水凝胶是在低温下成胶的一类支架材料。在低温环境下,支架材料在交联过程产生冰晶,并在解冻后形成交联互通的网络结构。利用胶原来源的明胶支架在冷冻成胶的方式下形成的水凝胶,便于细胞的伸展黏附,有利于营养物质的流通,是良好的心肌补片支架。结合碳基导电材料构建导电冷冻水凝胶可以成为心肌组织工程的新选择。目的利用碳基导电材料设计合适力学性能和电生理特点的工程化心肌补片,并对碳基导电冷冻水凝胶在心梗治疗上进行临床前研究。方法1、合成甲基丙烯酸化明胶,多巴胺MBA交联剂,聚乙二醇二丙烯酸酯,以及迈克烯-碳化钛,用冷冻成胶的方法制备碳化钛导电水凝胶。对所制备的水凝胶进一步进行物理性能表征以及生物相容性的测试。2、体外构建碳基导电水凝胶的工程化心肌补片,对工程化心肌补片进行体外细胞功能的验证,以及进行心梗大鼠心肌修复的体内验证。3、进一步改进碳基导电水凝胶,利用弹性蛋白、F127、碳纳米管合成可注射的预先成型的形状记忆碳基导电水凝胶,并构建可注射递送的工程化心肌补片,探讨其在心梗小型猪心肌修复的应用。结果1、基于碳化钛的碳基冷冻水凝胶展现了接近天然心肌组织的力学性能以及导电性能,并表现了良好的生物相容性。2、在复合心肌细胞后,碳基冷冻水凝胶工程化补片展现了很好的促进心肌细胞成熟的作用,实现了补片在肉眼下的整体跳动。在复合血管内皮细胞后,水凝胶上呈现出了三维立体的血管形态。将补片植入心肌梗死大鼠体内,为心梗区域构建了良好的微环境。大鼠心功能得到改善,心梗面积大大减少。3、改进的碳基导电水凝胶展现了优越的导电性以及弹性,能够在腔镜下完好递送到小型猪心脏上,所构成的工程化补片能够减少心梗小型猪的心梗瘢痕,促进心梗区域的血管再生。该研究为临床应用提供了前期的实验基础。结论材料表征、体外及体内实验等实验结果显示,在本研究中我们所构建的基于碳基导电材料的冷冻水凝胶具有良好的生物相容性,能够促进心肌细胞成熟,减少心梗大鼠以及小型猪的心脏的纤维化程度,提高心功能。以碳基导电冷冻水凝胶为基础的工程心肌补片在心肌修复上具有较好的前景。