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浙大傅國勝/黃翯/趙靜《ACS Nano》:可噴涂微環(huán)境響應(yīng)型水凝膠涂層重塑內(nèi)皮屏障穩(wěn)態(tài),破解介入后再狹窄難題
2025-06-04  來源:高分子科技

  心血管疾病作為全球首要致死病因,其約85%的死亡源于血管阻塞所致的缺血性心臟病。在冠狀動脈介入治療領(lǐng)域,藥物涂層球囊(DCB)以其無植入優(yōu)勢引領(lǐng)臨床革新,但術(shù)后管腔再狹窄仍困擾臨床。其核心問題在于內(nèi)皮屏障完整性的破壞--球囊擴張引發(fā)活性氧(ROS)爆發(fā),導(dǎo)致內(nèi)皮細胞間緊密連接(TJs)結(jié)構(gòu)崩解,進而觸發(fā)炎癥風(fēng)暴與平滑肌異常增生。傳統(tǒng)療法聚焦抗增殖或促內(nèi)皮再生,但常忽視了TJs修復(fù)這一維系血管穩(wěn)態(tài)的第一道防線。


  為此,浙江大學(xué)傅國勝/黃翯/趙靜團隊,從介入創(chuàng)傷引發(fā)的血管微環(huán)境變化出發(fā),創(chuàng)新性地內(nèi)皮屏障精準修復(fù)理念融入介入器械設(shè)計,開發(fā)了一種可噴涂、ROS響應(yīng)型水凝膠涂層(OA@G-NO/B-EC。它像感知傷口般響應(yīng)微環(huán)境變化,精準修復(fù)內(nèi)皮屏障,破解再狹窄難題。凝膠涂層適配超聲噴涂工藝,制備精確可控,具有重要的轉(zhuǎn)化潛力。




  研究成果以Sprayable Reactive Oxygen Species-Responsive Hydrogel Coatings Restore Endothelial Barrier Integrity for Functional Vascular Healing為題發(fā)表于ACS Nano期刊,并得到浙江大學(xué)計劍教授與任科峰教授的指導(dǎo)與支持。



1 ROS響應(yīng)水凝膠涂層(OA@G-NO/B-EC)動態(tài)修復(fù)內(nèi)皮屏障,抑制血管再狹窄。病理階段:球囊損傷導(dǎo)致TJs破壞,ROS爆發(fā)誘發(fā)M1型巨噬細胞浸潤及平滑肌增生;修復(fù)階段:涂層靶向釋放抗氧化劑(清除ROS,修復(fù)TJs)與NO(激活內(nèi)皮遷移),逆轉(zhuǎn)M1/M2巨噬細胞極化,重建血管穩(wěn)態(tài)


【文章要點】


一、ROS清除與NO釋放水凝膠涂層


  OA@G-NO/B-EC水凝膠通過超聲靜電噴涂工藝精確制備,主要由可逆的苯硼酸咖啡酸酯前藥(B-EC)和大分子一氧化氮(NO)供體(G-NO)組成。二者通過席夫堿反應(yīng)與多巴胺修飾的氧化多糖(OA)在共噴涂過程中實現(xiàn)瞬時自交聯(lián)。水凝膠能夠通過氫鍵、陽離子等多重作用力與血管內(nèi)壁發(fā)生相互作用。雙動態(tài)共價鍵(席夫堿鍵+苯硼酸酯鍵)使得該水凝膠涂層能在ROS積累時逐步解聚,精準釋放抗氧化劑咖啡酸酯和NO供體。實驗結(jié)果顯示,1 mM H?O?刺激下,藥物釋放率達到42%,ROS清除率超過85%。在300 μM H?O?刺激下,G-NO釋放量即達到60%。



2 OA@G-NO/B-EC凝膠涂層的制備與表征


二、加強內(nèi)皮緊密連接、減少炎性細胞浸潤


  涂層能夠有效恢復(fù)內(nèi)皮細胞間TJs關(guān)鍵蛋白(如ZO-1、Claudin-5JAM-A的表達分別增加26%、111%54%),減少巨噬細胞的黏附與遷移(分別降低78%19%),降低內(nèi)皮通透性(Evan blueFITC-dextran的滲透分別減少64%7%)。RNA測序分析表明,涂層通過上調(diào)TJs相關(guān)基因,抑制NF-κB通路,促進內(nèi)皮修復(fù)。



3 OA@G-NO/B-EC介入后內(nèi)皮間緊密連接和巨噬細胞滲透


三、即時涂層轉(zhuǎn)移、維持血管通暢性


  在大鼠腹主動脈模型中,水凝膠涂層能迅速轉(zhuǎn)移到動脈壁上,且該涂層未促進血小板附著或聚集,無栓塞風(fēng)險。30天后超聲顯示,OA@G-NO/B-EC涂層組血流速度積分(VTI)提升12%,血管內(nèi)徑擴大17%。H&E染色顯示新生內(nèi)膜面積減少38%。



4 OA@G-NO/B-EC涂層球囊進行體內(nèi)腹主動脈擴張


、加速內(nèi)皮愈合和功能修復(fù)


  OA@G-NO/B-EC涂層顯著促進了內(nèi)皮細胞增殖與遷移(eNOS免疫熒光染色證實內(nèi)皮覆蓋率超70%),并恢復(fù)了內(nèi)皮TJs的結(jié)構(gòu)(TJs寬度從91.56 nm恢復(fù)至17.21 nm,接近正常水平)、提升相關(guān)蛋白表達和分布,為血管修復(fù)提供了長效保護。該凝膠涂層能夠有效促進內(nèi)皮修復(fù),抑制炎癥反應(yīng),防止再狹窄。



5 介入治療后主動脈的內(nèi)皮覆蓋和屏障功能完整性


【結(jié)論與展望】


  本研究設(shè)計的新型ROS響應(yīng)水凝膠涂層(OA@G-NO/B-EC)通過雙動態(tài)共價鍵實現(xiàn)精準治療,功能協(xié)同:ROS觸發(fā)涂層崩解,釋放咖啡酸酯(清除ROS,修復(fù)內(nèi)皮TJs)與NO供體(促進內(nèi)皮再生),提升TJs蛋白(ZO-1Claudin-5、JAM-M)表達,降低內(nèi)皮通透性。動物實驗顯示,涂層球囊使血管壁面積恢復(fù)至近正常水平,炎癥因子顯著下降,內(nèi)皮覆蓋率提升;RNA測序證實其通過調(diào)控NF-κB/Nrf2通路重塑血管穩(wěn)態(tài)。該涂層具有重要轉(zhuǎn)化價值,適配超聲噴涂工藝,涂層厚度及降解速率精確可控,且可拓展至支架、人工血管、心臟瓣膜等器械表面,推動局部藥物遞送技術(shù)的革新。


第一作者

  趙靜:浙大邵逸夫醫(yī)院特聘研究員,天津大學(xué)博士,浙江大學(xué)博士后。主要研究方向為心血管植介入材料及表面改性,主持國家自然科學(xué)基金、浙江省自然科學(xué)基金中國博士后自然科學(xué)基金等多個科研項目。近年來以第一/共一身份在Advanced Functional Material,ACS Nano,Acta Biomaterialia等國際著名期刊發(fā)表論文10余篇,授權(quán)國家發(fā)明專利3項,參編學(xué)術(shù)專著1章。擔(dān)任Front. Bioeng. Biotechnol.審稿編輯,以及Exploration、VIEWJ. Zhejiang Univ., Sci., A等雜志青年編委。


通訊作者

  傅國勝:留德醫(yī)學(xué)博士、主任醫(yī)師、博士生導(dǎo)師、浙江大學(xué)求是特聘醫(yī)師,F(xiàn)任浙江大學(xué)附屬邵逸夫醫(yī)院心內(nèi)科主任,浙江省心血管介入與精準診治研究重點實驗室主任,心血管創(chuàng)新器械浙江省工程研究中心主任,浙江省醫(yī)學(xué)重點學(xué)科心血管再生醫(yī)學(xué)創(chuàng)新學(xué)科帶頭人。長期從事心血管臨床和基礎(chǔ)研究,是我國知名介入心臟病學(xué)專家,在復(fù)雜冠心病、瓣膜病介入治療領(lǐng)域具有較高的造詣。所領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊致力于缺血性心臟病再生修復(fù)治療和心血管介入器械的創(chuàng)新研究工作,近年來先后主持國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)項目子課題、省重點研發(fā)等多項重大科研項目,發(fā)表SCI論文50余篇,并榮獲2015年度浙江省科技進步一等獎。


  黃翯:浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院副院長,浙江省心血管介入與再生修復(fù)研究重點實驗室PI,中華醫(yī)學(xué)會心血管病學(xué)分會女性健康學(xué)組委員,浙江省醫(yī)學(xué)會心血管病學(xué)分會秘書長,浙江省醫(yī)學(xué)會介入心血管病學(xué)分會委員,浙江省生物醫(yī)學(xué)工程協(xié)會心律專業(yè)委員會腔內(nèi)影像及干預(yù)學(xué)組副組長。主要研究巨噬細胞動脈粥樣硬化進展與糖尿病代謝紊亂,動脈腔內(nèi)影像學(xué)與多組學(xué)研究整合工作,主持國家自然科學(xué)基金,浙江省領(lǐng)雁項目,浙江省自然科學(xué)基金,浙江省中醫(yī)藥重大項目,浙江省委省共建重點項目多項,負責(zé)并管理浙江省多臨床中心臨床及轉(zhuǎn)化研究。


  傅佳寅:浙江大學(xué)本科及碩士,新加坡南洋理工大學(xué)博士,美國康奈爾大學(xué)博士后,現(xiàn)任浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院特聘研究員。主要從事金屬可降解心血管支架材料,水凝膠載藥系統(tǒng)治療血管損傷后內(nèi)膜增生,人工血管及藥物涂層球囊等研究。承擔(dān)浙江省自然科學(xué)基金委探索青年項目1項,浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生科技計劃青年創(chuàng)新項目1項,浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生科技計劃一般項目1項。近5年發(fā)表SCI論文32篇,其中以第一作者或共同第一作者在Advanced Functional Material, ACS NanoBioactive Materials,Biomaterials,Small,Acta Biomaterialia,Trends in Biotechnoloqy等國際著名期刊上發(fā)表論文8篇,以第一發(fā)明人授權(quán)發(fā)明專利1項。


  原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c05477

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(責(zé)任編輯:xu)
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