C型利鈉肽（CNP）作為利鈉肽家族的重要成員，通過NPR-C受體通路發揮心臟保護作用，但其血漿半衰期短（約2.3分鐘）嚴重制約臨床應用。信號素3A（Sema3A）雖被證實可改善心肌梗死后心律失常和心臟功能，但其擴散特性導致靶向遞送困難。如何實現這兩種治療分子的精準遞送和協同增效成為關鍵科學問題。可注射的功能性生物材料通過顯著增強心臟再生能力，有望治療心力衰竭。已有功能性可注射水凝膠可改善心肌梗死預后，免疫原性風險小。

基于此，山東第一醫科大學附屬第一醫院&山東省千佛山醫院Yin Jie教授團隊創新性地構建了基于苯硼酸酯動態交聯的智能響應型水凝膠遞送系統（GP-gel）。該體系具有三大技術突破：1. 雙重響應釋放：通過pH/ROS敏感的硼酸酯鍵實現炎癥微環境觸發藥物控釋；2. 多功能協同：CNP（促血管生成）與Sema3A（神經調控）的時空協同遞送；3.仿生基質特性：明膠-聚乙烯醇復合網絡提供細胞外基質樣支持。該研究首次實現： 心肌微環境動態響應型藥物遞送、交感-免疫-血管三重調控協同及心律失常與心衰的聯合干預的效果，為心肌梗死后惡性心律失常和心力衰竭的治療提供了新策略。以上研究成果發表于Composite Part B: Engerring (1區：12.7分)

研究結果精要：
1. 智能響應型水凝膠的構建與藥物控釋特性
本研究創新性地采用氟苯硼酸修飾明膠（GelPB）與聚乙烯醇（PVA）通過動態硼酸酯鍵交聯，構建了具有pH/ROS雙重響應性的可注射水凝膠（GP-gel）。關鍵特性驗證顯示：
· 可注射性：
21G針頭順利注射（注射力<5N）
· 流變學特性：
10% w/v濃度下儲能模量（G'）達2.1±0.3 kPa，滿足心肌力學需求
·藥物釋放動力學：
生理條件下：72小時累計釋放率<30%
在pH 5.5/10 mM H₂O₂模擬梗死微環境時：釋放速率提升3.2倍
· 體內滯留性：
Cy5標記示蹤顯示，載藥水凝膠組第7天藥物保留量較游離藥物組高8.7倍

圖1. 功能性藥物負載水凝膠的構建

2. 體外心肌的生物相容性和保護效應驗證
通過建立缺氧（1% O₂）/氧化應激（200 μM H₂O₂）模型，證實：
· 生物安全性：
0.1-10 mg/mL濃度范圍細胞存活率>95%（CCK-8法）
· ROS清除能力：
H₂O₂模型：細胞內ROS降低67.3%（DCFH-DA熒光檢測）
缺氧復氧模型：MDA水平下降54.2%，SOD活性提升2.1倍
· 抗凋亡作用：
TUNEL陽性細胞減少81.5%

圖2. 水凝膠具有良好的生物相容性和體外清除ROS的能力

3. 藥物負載水凝膠改善MI后心肌重構和功能
冠狀動脈結扎模型28天觀察顯示：
· 病理重塑抑制：
纖維化面積顯著降低（Masson染色）
心室壁厚度明顯增加
· 心功能恢復：
射血分數（EF）：顯著提升（超聲心動圖）
收縮末期內徑（LVESD）：明顯減少

圖3. CNP/Sema3A負載水凝膠改善缺血性心功能障礙

4. CNP/Sema3A負載水凝膠促進血管生成并改善ECM重塑
· 促血管生成：
CD31+血管密度增加2.8倍（第14天）
VEGF通路基因顯著上調（RNA-seq）
· ECM調控：
金屬蛋白酶（MMPs）表達增加，組織金屬蛋白酶抑制劑（TIMPs）表達減少（RNA-seq）
增加I型和III型膠原表達，降低I/III膠原比例

圖4. 梗死部位的促血管生成和ECM周轉的影響

5. 體外實驗證實載藥水凝膠調控神經-免疫微環境
· 巨噬細胞表型轉換：
GO分析提示巨噬細胞相關炎性通道富集
KEGG分析提示免疫系統及神經系統富集
相較其他炎性細胞marker, 巨噬細胞marker CD68變化最為明顯）
神經生長因子（NGF）表達降低，Sema3A和Sema4A表達上調（RNA-seq
載藥水凝膠促進巨噬細胞早期向M2方向極化（免疫熒光）
· 細胞因子譜重塑：
載藥水凝膠降低促炎細胞因子水平，增加抑炎細胞因子水平（ELISA）
載藥水凝膠降低神經生長因子巨噬細胞中NGF表達（免疫熒光）

圖5. 功能性水凝膠對心肌梗死（MI）后炎癥反應的影響

圖6. 功能水凝膠免疫調節的評價

6. CNP/Sema3A負載水凝膠改善交感神經支配，改善心律失常易感性
· 交感神經調控：
TH+/GAP43+神經密度顯著降低（免疫熒光）
心肌NE含量減少（ELISA檢測）
· 心律失常抑制：
室性心律失常易感性降低（程序電刺激）

圖7. 注射藥物后，大鼠心律失常的敏感性降低

7. 藥物負載水凝膠體系修復治療MI后電傳導
· 離子通道調控：
鉀通道（Kcnn4, Kcne4, Kcnab2, Kcnk13）、 鈣通道Cacnb3, 及氫離子通道Hvcn1上調（RNA-seq）
QRS間期縮短28.4%（心電圖分析）
· 連接蛋白重構：
Cx43表達恢復至假手術組83.5%（免疫熒光）
傳導速度較空白MI組提升3倍（電mapping）

圖8. 心肌梗死部位電耦合相關標志物和電生理傳導的影響