DOI:10.1016/j.msec.2020.111416

心肌梗死（MI）后，再灌注的缺血性心肌组织中会产生活性氧（ROS）。心肌梗死后心脏增强其功能表现的一种代偿性方式是使心肌细胞肥大。在过去，降低心肌细胞中ROS的水平与抑制心肌肥大有关。值得注意的是，氧化铈纳米粒子（nCe）已被广泛用于有效清除细胞ROS，以保护细胞免受氧化损伤。此外，纳米纤维等纤维基质正在成为工程植入式心脏补片的有前途的基质。在这项研究中，研究人员描述了使用静电纺丝制备的nCe修饰聚己内酯（PCL）和PCL-明胶共混物（PCLG）纳米纤维。通过X射线衍射、X射线光电子能谱、能量色散X射线能谱、扫描电子显微镜、原子力显微镜和接触角测角法对其进行了表征，证实了纤维直径约为300nm的PCL或PCLG纳米纤维（PCLG-Ce）上存在nCe。基于nCe的PCLG支架与包括原代细胞在内的多种细胞类型具有细胞相容性。当受到H2O2诱导的氧化应激时，在nCe修饰的PCLG纳米纤维上培养的原代心肌细胞显示ROS水平显著降低。有趣的是，研究发现nCe修饰的PCLG纳米纤维可以抑制激动剂引起的心肌肥大。总体而言，这项研究的结果表明，nCe修饰PCLG纳米纤维作为心脏补片，具有抗氧化和抗肥大的潜力。

图1.用作可植入心脏补片的氧化铈纳米粒子（nCe）修饰纳米纤维的制备示意图。A）纳米纤维的制备和纳米纤维上nCe涂层的图示。B）nCe修饰的PCLG纳米纤维的放大图示。（a）以各种步骤将铈盐沉积在纳米纤维上。（b）纳米纤维作为心脏补片的功能是减轻心肌梗死后产生的ROS。

图2.nCe修饰纳米纤维贴剂的表征（A）（i）PCL，（ii）NaOH处理的PCL（PCL-NaOH）和（iii）nCe修饰PCL的SEM图像。（比例尺为15µm，放大图像为5µm）。（B）nCe修饰纳米纤维的反向散射SEM图像，显示nCe在纤维上的沉积（（i）比例尺=40µm，（ii）比例尺=20µm）。（C）纳米纤维的EDX分析（i）PCL-NaOH和（ii）PCL-nCe（比例计数为1625）。（D）XPS分析：（i）粉末形式的PCL-nCe纳米纤维的全光谱分析。（ii）显示主要Ce4+氧化态的选择性Ce 3d光谱（峰值以红色表示）。（E）XRD分析：（i）PCL-NaOH（ii）PCL-nCe（*CeO2 JCPDS卡号81-0792的代表峰）（F）纳米纤维的AFM表征。（a）（i）PCL（ii）PCL-nCe的代表性AFM偏转2D图像。（b）（i）PCL（ii）PCL-nCe的3D渲染图像。纤维截面分析（比例尺为40µm）。

图3.nCe修饰PCLG纳米纤维的表征。A）纳米纤维的SEM显微照片：未涂覆（PCLG），经NaOH处理（PCLG-NaOH）或涂覆有0.1M（PCLG-0.1Ce1200）或0.5M（PCLG-0.5Ce1200）氧化铈20小时。放大倍率2500至15000X。B）在PCLG、PCLG-NaOH、PCLG-0.1Ce1200和PCLG-0.5Ce1200上培养的心肌细胞的共聚焦显微照片，其用鬼笔环肽（红色）和Hoechst（蓝色）染色。比例尺=20µm。C）纳米纤维的SEM图像：未涂覆（PCLG），涂覆有0.01M（PCLG-Ce10）氧化铈10分钟，0.01M（PCLG-Ce60）氧化铈60分钟和0.01M（PCLG-Ce60）氧化铈20小时。放大倍率4500至15000X。D）PCLG、PCLG-NaOH、PCLG-Ce10和PCLG-Ce60的纤维直径图。E）H9c2细胞在不同的底物上生长36小时。细胞核用Hoechst（蓝色）染色。比例尺=50µm（上图）。饼图描绘了细胞相对附着的百分比。TCPS作为控件（下图）。F）PCLG、PCLG-NaOH、PCLG-Ce10、PCLG-Ce60的水接触角测量。角度以度表示。

图4.nCe修饰PCLG纳米纤维的细胞相容性。A）生长36小时并用钙黄绿素（绿色）和碘化丙啶（红色）染色的H9c2细胞的荧光显微照片，以观察活细胞和死细胞的比例。放大倍率10X。比例尺=100µm。B）在TCPS、PCLG、PCLG-Ce10和PCLG-Ce60上生长36小时的H9c2细胞活性的相对倍数变化图。C）在TCPS、PCLG、PCLG-Ce10和PCLG-Ce60上生长3天的大鼠成纤维细胞活性的相对倍数变化图。数据表示为平均值±标准差，使用单向方差分析（Sidak的多重比较测试）计算出p值。D）在TCPS、PCLG、PCLGCe10和PCLG-Ce60上生长36小时并用Hoechst染色的原代肌管的荧光显微照片（蓝色，上图）。比例尺=100µm。在TCPS、PCLG、PCLG-Ce10和PCLG-Ce60上生长的原代肌管的SEM显微照片（下图）。比例尺=2µm。E）使用心脏特异性标记物，肌球蛋白（红色），α-肌动蛋白（绿色）和MEF2C（红色），对分离和培养的心肌细胞进行分子表征。细胞核用Hoechst染色（蓝色）。比例尺=20µm。F）在TCPS、gTCPS、PCLG和nCe修饰纳米纤维上培养36小时的心肌细胞。用心肌肌钙蛋白（绿色）、鬼笔环肽（红色）和Hoechst（蓝色）的抗体对心肌细胞进行染色。比例尺=20µm。

图5.nCe修饰PCLG纳米纤维的抗氧化和抗肥大作用。A）明胶涂覆第1、3和5天后，在TCPS和nCe-PCLG纳米纤维上培养的心肌细胞。用心脏特异性标记物、心肌肌钙蛋白I（红色）和Hoechst（蓝色）对心肌细胞进行免疫染色。比例尺=20µm。B）未经处理或用H2O2处理的心肌细胞中ROS水平的代表性倍数变化图。数据表示为平均值±标准差（n=15到55个细胞）。学生t检验用于计算显著性。*表示p<0.05，****表示p<0.0001。C）在gTCPS和nCe修饰的定向gPCLG纳米纤维上生长的心肌细胞。比例尺=20µm。黄色箭头指示心肌细胞排列的方向。D）在gTCPS和gPCLG-Ce60-A上生长的心肌细胞的代表性共聚焦显微照片，用溶媒或苯丙氨酸（PE，100µM）处理48h。心肌细胞用Myomesin（绿色）和心肌肥大标记物ANP（红色）进行免疫染色。细胞核用Hoechst染色。比例尺=50µm。黄色箭头指示心肌细胞排列的方向。E）用于定量ANP阳性细胞数目的代表性图。数据表示为平均值±标准差，n=187至382个细胞。使用双向ANOVA（Sidak的多重比较测试）来计算显著性。*表示p<0.05，****表示p<0.0001。