Restoring Cardiac Functions after Myocardial Infarction–Ischemia/Reperfusion via an Exosome Anchoring Conductive Hydrogel

材料科学 心脏纤维化 血管生成 生物医学工程 生物物理学 纤维化 医学 癌症研究 内科学 生物
作者
Yang Zou,Lan Li,Yuan Li,Si Chen,Xianhua Xie,Xin Jin,Xiaodan Wang,Chuanrui Ma,Guanwei Fan,Wei Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (48): 56892-56908 被引量:92
标识
DOI:10.1021/acsami.1c16481
摘要

Both myocardial infarction (MI) and the follow-up reperfusion will lead to an inevitable injury to myocardial tissues, such as cardiac dysfunctions, fibrosis, and reduction of intercellular cell-to-cell interactions. Recently, exosomes (Exo) derived from stem cells have demonstrated a robust capability to promote angiogenesis and tissue repair. However, the short half-life of Exo and rapid clearance lead to insufficient therapeutic doses in the lesion area. Herein, an injectable conductive hydrogel is constructed to bind Exo derived from human umbilical cord mesenchymal stem cells to treat myocardial injuries after myocardial infarction-ischemia/reperfusion (MI-I/R). To this end, a hyperbranched epoxy macromer (EHBPE) grafted by an aniline tetramer (AT) was synthesized to cross-link thiolated hyaluronic acid (HA-SH) and thiolated Exo anchoring a CP05 peptide via an epoxy/thiol "click" reaction. The resulting Gel@Exo composite system possesses multiple features, such as controllable gelation kinetics, shear-thinning injectability, conductivity matching the native myocardium, soft and dynamic stability adapting to heartbeats, and excellent cytocompatibility. After being injected into injured hearts of rats, the hydrogel effectively prolongs the retention of Exo in the ischemic myocardium. The cardiac functions have been considerably improved by Gel@Exo administration, as indicated by the enhancing ejection fraction and fractional shortening, and reducing fibrosis area. Immunofluorescence staining and reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) results demonstrate that the expression of cardiac-related proteins (Cx43, Ki67, CD31, and α-SMA) and genes (VEGF-A, VEGF-B, vWF, TGF-β1, MMP-9, and Serca2a) are remarkably upregulated. The conductive Gel@Exo system can significantly improve cell-to-cell interactions, promote cell proliferation and angiogenesis, and result in a prominent therapeutic effect on MI-I/R, providing a promising therapeutic method for injured myocardial tissues.
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