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浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì) Adv. Sci.:可控自調(diào)節(jié)HIF-1α穩(wěn)定劑釋放的溫敏水凝膠用于心肌梗死治療
2024-10-06  來(lái)源:高分子科技

  HIF-1α (hypoxia induced factor-1α是一種缺氧保護(hù)因子,在心肌梗死(MI) 后起著抑制細(xì)胞凋亡,抑制纖維化,促進(jìn)血管化等作用,然而其半衰期較短,無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間的高表達(dá)。脯氨酸羥化酶抑制劑如DPCA (1,4-dihydrophenonthrolin-4-one-3-carboxylic acid) 可以通過(guò)抑制HIF-1α的羥基化作用,抑制其降解,從而提高HIF-1α的穩(wěn)定性。這一策略已被用于心梗治療的研究中,并取得了一定的成果。然而,用于心梗治療的最佳給藥方案仍有待探索。

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可控自調(diào)節(jié)DPCA釋放溫敏水凝膠用于穩(wěn)定心梗后HIF-1α的示意圖。37°C時(shí)疏水性NIPAAm分子間的氫鍵相互作用和DPCA之間的π-π相互作用誘導(dǎo)形成水凝膠。懸掛在聚合物骨架上的DPCA通過(guò)疏水相互作用增強(qiáng)了凝膠化作用。DPCA的釋放可以通過(guò)酯鍵的斷裂來(lái)啟動(dòng)和控制。釋放的DPCA作為PHD(脯氨酸羥基化酶)的抑制劑,維持HIF-1α的穩(wěn)定性,以減輕纖維化和心肌凋亡,促進(jìn)再生和血管生成。


  浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并合成了可注射、可編程、自調(diào)節(jié)DPCA釋放的溫敏水凝膠,用于心肌梗死的治療(圖1)。通過(guò)將DPCA連接到PNIPAAm基共聚物的側(cè)鏈上,構(gòu)建了水凝膠降解和DPCA緩釋的反饋回路,其中π-π和疏水相互作用被用于構(gòu)建額外的交聯(lián)點(diǎn)(圖2)。共聚物中羧基的引入實(shí)現(xiàn)了基于自催化作用的DPCA加速釋放(圖2基于上述設(shè)計(jì),該水凝膠在心梗急性期發(fā)生暴釋,并在心梗炎癥和纖維化期以不同的速率實(shí)現(xiàn)接近零級(jí)的長(zhǎng)期釋放(圖3),以更好匹配疾病不同時(shí)期的特征。所有釋放DPCA的水凝膠均能上調(diào)HIF-1α,減少細(xì)胞凋亡,促進(jìn)血管生成,刺激心肌細(xì)胞增殖,從而保持心功能(圖4DPCA釋放速度越快,水凝膠降解速度越快,導(dǎo)致HIF-1α表達(dá)量是健康對(duì)照組的八倍,在MI治療中具有更好的治療效果(圖4。這項(xiàng)研究證明了精確調(diào)節(jié)HIF-1α表達(dá)在治療MI和其他相關(guān)疾病中的價(jià)值,并提供了一種基于植入式器械調(diào)控策略。


聚合物的合成與表征。A) PNVDPNVMD的合成路線。B) 聚合物及其中間體的1H NMR譜圖。C) 使用HFIP作為洗脫劑時(shí),聚合物及其中間體的SEC(尺寸排阻色譜)譜圖。


3. PNVDPNVMD水凝膠的性質(zhì)。 A) PNVDPNVMD水凝膠(1 mg mL?1)在不同溫度下的粒子尺寸。B) PNVDPNVMD水凝膠(1 mg mL?1)在2537 °C下的粒子尺寸分布。插圖:PNVDPNVMD水凝膠(10 wt%)在2537 °C下的狀態(tài)。C) PNVDPNVMD水凝膠在不同溫度下的流變學(xué)性質(zhì)。D) PNVDPNVMDpH 7.45.0下的累積藥物釋放。紅色和黑色的虛線分別代表PNVMDPNVD的理論藥物載量(n = 4)。E) PNVDPNVMDpH 7.45.0下的藥物釋放速率(n = 4)。F) PNVDPNVMDpH 7.45.0下的降解情況(n = 4)。數(shù)據(jù)以平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差表示。G)共價(jià)鍵合DPCA近似零級(jí)釋放的示意圖。


4. 水凝膠對(duì)心肌細(xì)胞凋亡和再生的影響。A) 水凝膠治療3天和28天后心臟切片的組織學(xué)評(píng)估:代表性免疫熒光染色圖像顯示HIF-1α(綠色),cTnT(紅色)和細(xì)胞核(藍(lán)色)(3天和28天);代表性TUNEL染色圖像(僅3天);代表性免疫熒光染色圖像顯示Cx43(綠色),cTnT(紅色)和細(xì)胞核(藍(lán)色)(僅28天);代表性免疫熒光染色圖像顯示pH3(綠色),cTnT(紅色)和細(xì)胞核(藍(lán)色)(3天和28天);代表性免疫熒光染色圖像顯示Ki67(綠色),cTnT(紅色)和細(xì)胞核(藍(lán)色)(3天和28天)。白色和黃色箭頭分別代表纖維細(xì)胞和心肌細(xì)胞中的陽(yáng)性標(biāo)記。B) 基于(A)中相應(yīng)的免疫熒光染色圖像和TUNEL染色圖像,對(duì)HIF-1α表達(dá)、凋亡、cTnT表達(dá)、Cx43表達(dá)、pH3表達(dá)和Ki67表達(dá)的定量分析。統(tǒng)計(jì)顯著性使用單因素方差分析(ANOVA)和Tukey事后檢驗(yàn)計(jì)算,數(shù)據(jù)以平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差表示。#p < 0.05, ##p < 0.01, ###p < 0.001, ####p < 0.0001 表示所選組與MI組相比,?p < 0.05, ??p < 0.01, ???p < 0.001, ????p < 0.0001 表示所選組別之間的比較。


  該研究以 Thermosensitive Hydrogel with Programmable, Self-Regulated HIF-1α Stabilizer Release for Myocardial Infarction Treatment”為題發(fā)表在《Advanced Science》上(Adv. Sci. 2024, 2408013)。浙江大學(xué)博士后鄧凱鋮,碩士生華語(yǔ)研,碩士生鄭厚偉,博士生高穎為文章的共同一作。浙江大學(xué)朱旸研究員、任探琛研究員、高長(zhǎng)有教授為共同通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、浙江省“領(lǐng)雁”計(jì)劃、經(jīng)血管植入器械國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中央高;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金、浙江大學(xué)上海高等研究院繁星科學(xué)基金的支持。


  論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/advs.202408013

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