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背景:许多研究表明,心肌内注射生物材料由于其具有刺激血管生成的潜力而改善了植入后的心脏功能。这些水凝胶在生物医学应用中很有意义,因为它们可以在生理条件下原位膨胀,且使用方便。坏死组织随着胶原基质的降解而伸展和变薄,坏死的心肌细胞相互分离。几周后,损伤的心肌细胞逐渐被纤维组织所取代,梗死区逐渐扩大及左室扩张,最终可能导致室壁变薄、瘢痕组织形成、左室扩张和心功能下降。心脏移植传统上用于治疗顽固性严重心力衰竭,但由于供体短缺,其使用受到限制。细胞心肌成形术似乎可以减少梗死瘢痕的大小和抑制纤维化,限制心肌梗死后的不良重构,改善心脏舒张功能。显然,目前迫切需要新疗法来针对心肌梗死后的治疗。为了替代病变心肌和细胞外基质,恢复心功能,心脏组织工程方法已成为心肌梗死后治疗的主要研究热点。心肌梗死后心肌内注射生物材料,从理论上提供了一种减轻心肌梗死后心室壁应力的方法,可以积极地改变心室壁的病理重构过程。目前,生物衍生物、合成和混合注射材料已被应用于各项研究中去,并为积极改善终末期心衰为目的而设计,尽管最优设计参数仍有待阐明。研究人员通过在基质中注射骨髓单个核细胞,证明了可注射的纤维蛋白胶支架的有益作用。通过将这些细胞注射到梗死心肌中,发现可注射的纤维蛋白支架可以减少梗死范围,提高移植细胞的存活率,并能诱导缺血心肌新生血管的形成。将高度纯化的胶原蛋白注入大鼠梗死区,显示胶原蛋白能显著增加梗死室壁厚度,抑制反常收缩膨出,改善心功能。温敏水凝胶是水凝胶家族的成员之一,是一种结构类似于细胞外基质的生物材料。在体内注射后,达到一定温度（临界温度）时,温敏水凝胶可瞬间从液体转变为固体（凝胶状）,这不仅使注射变得简单,而且可迅速在局部心肌上形成凝胶。目前,它们被广泛用于组织填充和组织修复及再形成。我们团队感兴趣的水凝胶是一种新型可生物降解的注射式温敏水凝胶,即右旋糖酐-聚己内酯-2-羟乙基甲基丙烯酸酯-聚N-异丙基丙烯酰胺共聚物（Dex-PCL-HEMA/PNIPAAm）。目前的理论和分析仍然缺乏坚实的基础和临床证据,因此,我们希望在未来的工作中,从物理效应和生物学效应两方面解读可注射性生物材料抑制心肌梗死后心室重构的作用机制。我们主要概述了注射型合成材料的要求和挑战,以及注射型温敏水凝胶治疗心肌梗死的可能机理。目的:本实验的目的是研究将Dex-PCL-HEMA/PNIPAAm水凝胶携带碱性成纤维细胞生长因子联合包埋脂肪间充质干细胞注入大鼠心肌梗死周边区,并与单独注射碱性成纤维生长因子或者脂肪间充质干细胞相比,观察联合注射组是否具有更强的促血管生成作用和心肌保护作用,并探讨其中可能的机制。方法:第一部分将50只雄性SD大鼠（体重200-250g）随机分为5组:假手术组即sham组:开胸术后在大鼠冠状动脉左前降支处只穿线不接扎。余下大鼠行开胸术后结扎冠状动脉左前降支制作大鼠急性心肌梗死模型,并随机分为4组:磷酸盐缓冲液组即PBS组;水凝胶组即Gel组;碱性成纤维细胞生长因子组即bFGF组;水凝胶+bFGF组即Gel+bFGF组。心梗各组分别在梗死周边区分四点注入100μl PBS、100μl 1.5wt%水凝胶、100μl含2μg bFGF的PBS溶液和100μl含有2μg bFGF的水凝胶。于术后30天行心脏超声检测和HE染色评价大鼠心功能、心肌损伤分数和梗死面积,行Masson’s三色法染色评价左室胶原重构情况,行TUNEL染色评价心肌细胞凋亡,行α-平滑肌肌动蛋白（αSMA）和CD31免疫组化染色评价梗死区和梗死周边区新生血管形成情况。Real-time RT-PCR检测转化生长因子（TGF-β1）、凋亡蛋白Bax和Bcl-2、基质金属蛋白酶2（MMP-2）、基质金属蛋白酶9（MMP-9）、基质金属蛋白酶抑制因子2（TIMP-2）、Ⅰ型胶原（collagen I）、Ⅲ型胶原（collagen III）m RNA表达水平。Real-time RT-PCR和Western-blot检测bFGF基因及蛋白表达水平。第二部分将50只雄性SD大鼠（体重200-250g）随机分为5组:假手术组即sham组:开胸术后在大鼠冠状动脉左前降支处只穿线不接扎。余下大鼠行开胸术后结扎冠状动脉左前降支制作大鼠急性心肌梗死模型,并随机分为4组:磷酸盐缓冲液组即PBS组;水凝胶组即Gel组,脂肪间充质干细胞组即AD-MSC组,水凝胶+AD-MSC组即Gel+AD-MSC组。心梗各组分别在梗死周边区分四点注入100μl PBS、100μl 1.5wt%水凝胶、100μl含ADMSCs的PBS缓冲液和100μl含ADMSCs的水凝胶溶液。并在心梗术后30天行心脏超声检测和HE染色评价大鼠心功能和梗死面积,行Masson’s三色法染色评价左室胶原重构情况,行TUNEL染色评价心肌细胞凋亡,行α-平滑肌肌动蛋白（αSMA）和CD31免疫组化染色评价梗死区和梗死周边区新生血管形成情况,Real-time RT-PCR检测转化生长因子（TGF-β1）、凋亡蛋白Bax和Bcl-2、基质金属蛋白酶2（MMP-2）、基质金属蛋白酶9（MMP-9）、基质金属蛋白酶抑制因子2（TIMP-2）、Ⅰ型胶原（collagen I）、Ⅲ型胶原（collagen III）m RNA表达水平。第三部分将50只雄性SD大鼠（体重200-250g）随机分为5组:假手术组即sham组;磷酸盐缓冲液组即PBS组;水凝胶+bFGF组即Gel+bFGF组;水凝胶+AD-MSC组即Gel+AD-MSC组;水凝胶+bFGF+AD-MSC组即联合组。并在心梗术后30天评价大鼠心功能、梗死面积、左室胶原重构和细胞凋亡,αSMA和CD31染色评价新生血管形成情况,Real-time RT-PCR检测转化生长因子（TGF-β1）、凋亡蛋白Bax和Bcl-2、基质金属蛋白酶2（MMP-2）、基质金属蛋白酶9（MMP-9）、基质金属蛋白酶抑制因子2（TIMP-2）、Ⅰ型胶原（collagen I）、Ⅲ型胶原（collagen III）m RNA表达水平。Western blot检测Smad2、Smad3、Smad7和P-38信号通路蛋白表达水平。结果:第一部分心肌梗死后30天,超声心动图显示与PBS组相比,Gel组和bFGF组左室收缩末期内径（Left ventricular end systolic dimension,LVESD）、左室舒张末期内径（Left ventricular end diastolic dimension,LVEDD）明显减少,射血分数（Left ventricular ejection fraction,LVEF）明显升高（P<0.05）,而Gel+bFGF组心功能改善明显优于Gel组和bFGF组（P<0.05）。Gel+bFGF组心肌损伤分数、心肌梗死面积、心肌梗死周边区胶原沉积、心肌细胞凋亡指数、纤维化程度均明显低于Gel和bFGF组,并伴随有更强的动脉和毛细血管生成（P<0.05）。与PBS组相比,bFGF基因和蛋白表达水平于心梗后30天在bFGF组和Gel+bFGF组均明显升高,且Gel+bFGF组升高更明显（P<0.05）。Gel+bFGF组Bcl-2、Bcl-2/Bax、TIMP-1和TIMP-2的m RNA及蛋白表达水平较Gel组和bFGF组明显升高（P<0.05）,但TGF-β1、Bax、MMP-2、MMP-9、Collagen I和Collagen III的m RNA及蛋白表达水平明显降低（P<0.05）。第二部分心肌梗死后30天,超声心动图显示与PBS组相比,Gel组和AD-MSC组LVEDD和LVESD明显减少,LVEF明显升高（P<0.05）,而Gel+AD-MSC组心功能好转明显优于Gel组和AD-MSC组（P<0.05）。此外,Gel组和AD-MSC组心肌损伤分数、心肌梗死面积、心肌梗死周边区胶原沉积、心肌细胞凋亡指数、纤维化程度均明显优于PBS组,而水凝胶和AD-MSC联合治疗则进一步加强了心脏保护作用（P<0.05）。AD-MSC组动脉和毛细血管密度明显强于Gel组和PBS组,Gel+AD-MSC组进一步增强血管新生作用（P<0.05）。Gel+AD-MSC组Bcl-2、Bcl-2/Bax、TIMP-1和TIMP-2的m RNA及蛋白表达水平较Gel组和AD-MSC组明显升高（P<0.05）,TGF-β1、Bax、MMP-2、MMP-9、Collagen I和Collagen III的m RNA及蛋白表达水平明显降低（P<0.05）。第三部分心肌梗死后30天,超声心动图显示与PBS组相比,bFGF组和AD-MSC组LVEDD和LVESD明显减少,LVEF明显升高（P<0.05）,而bFGF+AD-MSC组心功能好转明显优于bFGF组和AD-MSC组（P<0.05）。此外,bFGF组和AD-MSC组心肌损伤分数、心肌梗死面积、心肌梗死周边区胶原沉积、心肌细胞凋亡指数、纤维化程度均明显优于PBS组,而bFGF和AD-MSC联合治疗进一步加强了心脏保护作用（P<0.05）,且动脉和毛细血管密度明显强于bFGF组和AD-MSC组（P<0.05）。bFGF+AD-MSC组Bcl-2、Bcl-2/Bax、TIMP-1和TIMP-2的m RNA及蛋白表达水平较bFGF组和AD-MSC组明显升高（P<0.05）,TGF-β1、Bax、MMP-2、MMP-9、Collagen I和Collagen III的m RNA及蛋白表达水平明显降低（P<0.05）。bFGF+AD-MSC组TGF-β1/Smad7信号通路蛋白表达水平较bFGF组和AD-MSC组明显升高,TGF-β1/Smad2信号通路蛋白表达水平明显降低（P<0.05）,而TGF-β1/Smad3和P38/MAPK信号通路蛋白表达水平在各间无显著差别（P>0.05）。结论:除了Dex-PCL-HEMA/PNIPAAm水凝胶自身的心脏保护作用外,该水凝胶携带bFGF联合包埋AD-MSC注射到大鼠心脏梗死周边区后较单独携带bFGF或包埋AD-MSC产生了更强的心肌保护作用,显著改善心肌梗死大鼠左室重构,血管生成明显增多,bFGF基因及蛋白表达明显增多。证明该水凝胶作为载体为bFGF提供了有效的缓释系统,保持了bFGF的活性和缓慢持久释放。同时该水凝胶自身的多空隙网状结构为包埋的AD-MSC供了良好的微环境,减少了心肌细胞及移植后AD-MSC的坏死和凋亡,达到了心脏保护的作用。研究表明该水凝胶携带bFGF联合包埋AD-MSC对心脏的保护作用明显强于单独携带bFGF或包埋AD-MSC。其机制可能与激活TGF-β1/Smad7及抑制TGF-β1/Smad2信号通路有关,而与TGF-β1/Smad3和P38/MAPK信号通路无明显相关。