目的心肌梗死严重威胁着人们的生命与健康,给家庭和社会带来了沉重的经济负担。迄今为止,对于心肌梗死的治疗尚无理想措施。干细胞移植是目前最有前景的治疗手段,但仍存在移植后细胞存活率低、难以向心肌细胞分化等关键性问题,这严重地影响了干细胞移植治疗的效果。因此,制定有效地干细胞移植治疗措施是亟待解决的首要问题。本研究利用承载MSCs或Tβ4过表达MSCs (Tβ4-MSCs)的纳米纤维补片移植治疗心肌梗死,探讨PG纳米纤维补片和Tβ4过表达对外源性和内源性心肌修复的促进作用及其机制,以期为干细胞移植治疗的深入开展和临床应用提供新思路和可行性实验依据。方法采用高分子材料PCL和天然生物材料明胶静电纺丝制备PG纳米纤维,利用体外三维培养系统评价PG纳米纤维与细胞的相容性。通过建立体外低氧模型模拟体内缺血缺氧微环境,评价低氧和营养剥夺条件下PG对MSCs存活及增殖活性的影响。建立雌性大鼠心肌梗死模型,于梗死后1周移植承载表达GFP的雄性大鼠MSCs的PG纳米纤维补片。移植后4周通过超声心动图检测大鼠心功能变化。用HE和Masson三色染色观察大鼠左心室壁的形态和组织学变化,测量左心室壁厚度。采用CD31免疫荧光染色检测微血管密度,评价梗死组织的血管新生。用LYVE-1免疫荧光染色检测淋巴管,评价梗死边缘区淋巴管新生。采用cTnT口Cx43免疫荧光染色检测梗死组织内的心肌再生、分布特点和相互之间的连接。利用Y染色体示踪和GFP追踪移植细胞的存活和分布,同时采用PCR法检测Sry基因DNA含量,综合评价PG对移植细胞存活的促进作用,用CD31和cTnT免疫荧光法检测移植细胞向内皮和心肌细胞的分化。此外,为进一步明确PG承载MSCs移植促进心肌修复的作用机制,采用Wtl和c-Kit免疫荧光法检测心外膜源性细胞(EPDCs)和内源性心肌干细胞在梗死组织的分布和分化。为了进一步探索内源性心肌修复在心肌梗死治疗中的作用及其机制,采用Tβ4基因转染MSCs,然后用承载T(34-MSCs的PG纳米纤维补片移植治疗大鼠心肌梗死,检测大鼠心功能变化和心脏形态学变化。免疫荧光法检测补片移植后MSCs的存活和分化以及Tβ4过表达对内源性干细胞的激活和动员作用。结果PG纳米纤维呈现多孔性,纤维直径为244±51 nm,孔隙率为83.06±0.8%,孔径为0.83±0.15 μm。体外三维模型实验结果显示,MSCs能够在PG纳米纤维膜上很好地铺展和相互联系。细胞骨架排列有序,与细胞的伸展方向基本一致。在低氧和无血清培养条件下PG能够促进细胞存活和提高细胞活性。在大鼠心肌梗死模型,用承载MSCs的PG纳米纤维补片移植能够明显地改善大鼠心功能、缩小瘢痕面积、增加左心室壁厚度、促进血管新生、减少淋巴管新生和促进心肌再生。PG纳米纤维能够显著提高移植细胞的存活率。Y染色体示踪和GFP追踪结果显示,PG可促进移植细胞向心肌和内皮细胞分化。用承载MSCs的PG纳米纤维补片移植,观察到梗死组织内Wtl和c-Kit阳性细胞增多,部分细胞表达cTnT,提示承载MSCs的PG纳米纤维补片在激活和动员内源性干细胞参与心肌修复方面发挥重要作用。Tβ4基因转染MSCs后能够促进其过表达和分泌Tβ4。用承载Tβ4-MSCs的PG纳米纤维补片移植,观察到大鼠心功能得到进一步改善,左心室壁厚度明显增加。Tβ4过表达明显促进MSCs移植后的存活和分化,同时显著增加Wtl和c-Kit阳性细胞向梗死组织的募集,大部分Wtl和c-Kit阳性细胞位于心外膜下层和心肌组织中,部分Wtl和c-Kit阳性细胞表达cTnT,这提示Wt1和c-Kit阳性细胞能够分化为心肌细胞。结论PG纳米纤维具有良好的生物相容性和与心肌组织相适应的弹性系数,是一种良好的心肌组织工程纳米材料。PG纳米纤维能够保护细胞免受低氧损伤,从而提高在缺血缺氧条件下的细胞存活率。用承载MSCs的PG纳米纤维补片移植能够有效地限制左心室扩张,促进移植细胞存活,并有利于移植细胞向内皮和心肌细胞分化。承载MSCs的PG纳米纤维补片能够有效地激活心外膜源性细胞和动员心肌干细胞参与内源性心肌修复,从而能够显著提高干细胞移植修复梗死心肌的效果。Tβ4过表达不仅能够进一步增强移植细胞的存活和分化,而且在激活心外膜源性细胞和动员内源性干细胞方面具有显著的促进作用,这可能是承载Tβ4-MSCs的PG纳米纤维补片移植促进梗死心肌修复的另一重要机制。因此,用PG纳米纤维补片和Tβ4过表达优化干细胞移植是一种具有良好应用前景的干细胞移植治疗措施。