西南交通大学赵安莎等团队研究设计天然葛根基导电心肌水凝胶补片用于心肌梗死治疗

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ACS Nano：西南交通大学赵安莎等团队研究设计天然葛根基导电心肌水凝胶补片用于心肌梗死治疗
7 s( V) j7 `4 M, |3 q: Y1.        心肌梗死
% O4 y* a) w( O; @* D  J* T2.        葛根素
' y* _2 x3 T0 E: d& a3.        金纳米颗粒（Cys@AuNPs）8 i4 V& i1 Q* k4 H1 s& n1 M
来源：网络 2026-04-10 11:51
4 a: K; ?9 Z0 h# x) R. g该体系实现了中药多糖从单纯“药物分子”向“功能介入材料”的转变。其复合协同特性为心肌修复提供了创新方案，同时具备完全可降解性与生态可持续性，为心肌组织工程提供了一种药理—器件一体化的治疗策略。
. T6 M! ?4 n; e4 |# S心肌梗死发生后，心室重构涉及复杂的病理级联反应，心肌补片在心肌梗死介入治疗中展现出良好前景。
/ q0 w/ _( y, G# x3 w8 E* Q' c9 x2026年4月1日，西南交通大学赵安莎、符金娟共同通讯在ACS Nano 在线发表题为A Natural Pueraria─Based Conductive Cardiac Patch with Tree Frog Foot─Inspired Morphology for Myocardial Infarction Treatment的研究论文。该研究依托天然葛根多糖的多重药理活性，结合纳米拓扑增强与微纳仿生技术，研制出一种药理—器件一体化的多功能导电水凝胶心肌补片（GPS@AuNPs）。
2 j' x$ o# g1 N" i& W, O# G8 x该补片通过动态希夫碱交联构建氧化葛根多糖/明胶复合网络，并引入半胱胺修饰的金纳米颗粒（Cys@AuNPs）形成导电通路。在此基础上，进一步采用3D打印技术构建仿树蛙足趾拓扑结构，实现了力学性能、电信号传导能力与生物学功能的多维度协同优化。
" e( e0 ~& s5 g/ r! O该体系实现了中药多糖从单纯“药物分子”向“功能介入材料”的转变。其复合协同特性为心肌修复提供了创新方案，同时具备完全可降解性与生态可持续性，为心肌组织工程提供了一种药理—器件一体化的治疗策略。9 p' }  y5 O% i+ A& g6 o

$ \6 a9 b0 j  l( g急性心肌梗死是全球心血管疾病死亡的首要原因，因其沉重的疾病负担受到科学界广泛关注。心肌梗死发生后，缺血心肌细胞发生不可逆坏死，触发“缺血-炎症-纤维化”级联反应，进而引发左心室重构，表现为心室壁变薄、心腔扩大、左心室射血分数降低，最终诱发心力衰竭。
. l' d' n- ]6 t$ u3 s针对心肌梗死的病理级联反应，现有治疗策略已向多靶点干预方向发展。基于纳米颗粒的递送系统可通过高通透性和滞留效应在梗死区域富集，精准释放所载药物减轻氧化应激与炎症反应。此外，基于细胞片层的治疗技术采用无支架心肌细胞聚集体或干细胞来源片层，直接移植功能性细胞以替代坏死心肌，并通过旁分泌与细胞间偶联促进组织再生。然而，纳米颗粒体系在动态心脏微环境中的滞留率通常较低，而细胞片层需要复杂的体外培养过程，对心肌收缩的力学适应性较差。$ H, N7 `9 ~$ ?6 U' h
用于组织再生的新型材料发展为心肌补片的设计提供了可能。其中，水凝胶材料的弹性模量与心肌组织高度相近，且具备可程序化设计的生物功能特性，已成为该领域的重要发展方向，研究者据此开发出微针阵列补片、可注射原位凝胶体系等多种心肌修复载体。' b/ Z/ a  n3 e- V
但受心肌补片应用环境复杂性的影响，现有水凝胶心肌补片在应用中普遍存在两大关键瓶颈。其一，力学性能在时间与空间维度上均难以与心肌动态收缩相匹配，抗疲劳性能普遍低于心肌组织所需的50kPa阈值，界面黏附可控性差，在心脏收缩过程中存在补片破裂与脱落风险。其二，尽管天然高分子及其衍生物构建的水凝胶具有良好的生物相容性，但其在复杂病理环境下修复受损心肌的能力仍有待进一步提升。
" ~# p) c! u& Y2 m2 j0 k: K2 F# Q搭载药物或细胞的水凝胶心肌补片则因制备工艺复杂、功能单一等问题，临床转化同样受限。
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$ t* H+ P9 @: ]' {. f* y8 c图1 GPS@Au水凝胶的制备（摘自ACS Nano ）
) U7 t9 k& g: L/ ~3 ^近十年来，微纳技术的发展为高性能水凝胶的研发奠定了基础。研究者采用纳米增强策略，将碳基纳米颗粒、金属纳米颗粒、高分子纳米颗粒、二氧化硅纳米颗粒等作为“客体”组分引入聚合物网络，构建纳米复合水凝胶。借助纳米颗粒高比表面积与表面活性，这类水凝胶在不损失生物相容性与自修复性能的前提下，实现了优异且多样化的力学性能。* f- E* P8 `+ [, m& z# M! Q) I# b
结合微纳拓扑工程、超分子组装与其他仿生策略，水凝胶在极端环境下的黏附性能得到显著提升。如受章鱼吸盘梯度孔隙结构启发，研究者构建出多级微腔水凝胶，其黏附强度较天然吸盘提升130%。
/ s/ ?$ |7 x+ g* h, c/ I& m天然植物来源的中药材具有多重药理活性，可发挥协同治疗作用且安全性高，已被广泛应用于心血管疾病治疗。但在心肌梗死临床治疗中，常规中药提取物经静脉给药时存在明显的首过效应，且缺乏病灶靶向递送能力，难以在梗死区域实现有效治疗。
7 ^8 x& h* X# u: O9 Y4 Q为此，研究者尝试将中药药物递送与微创介入材料相结合。如利用中药汤剂构建超分子水凝胶、基于中药外泌体开发药物递送载体等。这些中药药械组合创新为中药的商业化应用开辟了道路。葛根是药食同源的经典中药材，葛根多糖为其主要成分，可作为多种异黄酮类物质的天然载体，其 β-1,4 - 糖苷键结构与血管基底膜成分高度相似，能够有效模拟天然细胞外基质微环境，促进内皮细胞功能再生。同时，葛根多糖作为绿色可再生植物资源，生态友好性良好。9 h7 h0 q6 |: \7 }
葛根中富集的异黄酮类代表性成分葛根素，具有舒张血管、改善内皮功能、调节脂代谢等多重药理活性，常作为单一纯化药物用于心血管疾病治疗。因此，若能通过温和化学反应将天然葛根多糖整体材料化，制备高性能水凝胶，同时保留其所含多种异黄酮活性分子并直接应用于心血管疾病治疗，将为葛根的医药应用提供极具前景的发展方向。
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7 Q" Q0 u5 J9 h# a/ Q9 n图2 GPS@Au水凝胶补片的机械和自我修复特性（摘自ACS Nano ）5 j' F8 v. d$ g) k' B, _
该研究针对水凝胶心肌补片的发展需求，提出基于葛根的“药理功效-纳米增强-结构仿生”三位一体心肌补片设计策略。首先对中药葛根多糖进行温和氧化改性，构建具备动态交联能力的改性葛根多糖，并与明胶通过希夫碱交联制备自修复水凝胶介入材料。- X  }* g6 X4 l! J# w! e
随后引入纳米增强与仿生工程策略，利用半胱胺修饰的金纳米颗粒构建导电网络，纳米颗粒表面氨基与氧化葛根多糖的醛基形成动态希夫碱键，通过纳米复合体系的拓扑结构增强葛根多糖水凝胶的力学性能。结合3D打印技术，构建仿树蛙足部的各向异性黏附界面，实现心外膜黏液层的稳定锚定，有效避免心内粘连造成的二次损伤。( L/ P1 `# _% I& I* n0 L' ~2 r
补片内部的葛根素药物可靶向治疗受损心肌组织。该补片对心肌梗死模型动物的心功能具有长期修复作用，且在治疗完成后可安全降解。
6 c6 }5 I$ a* y" S( D! l* P. \参考消息：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c11228+ E/ {# g' d9 P9 h0 e# W4 g

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