MXene复合导电水凝胶模拟心肌微环境促进心脏修复与功能恢复的研究

本研究针对心肌梗死(MI)后电信号传导障碍及病理性重塑问题，开发了一种通过共价交联丝素蛋白(SF)与透明质酸(HA)并整合MXene纳米片的导电水凝胶(SH-M5)。该材料电导率达0.32 S/m，可有效模拟细胞外基质(ECM)，显著改善左心室功能恢复，为心肌修复提供了兼具机械强度、导电性和生物相容性的新型治疗平台。

　　

研究背景
心肌梗死如同心脏的"电路短路"，每年导致全球数百万人死亡。当冠状动脉阻塞导致心肌细胞缺血坏死时，不仅会形成非导电的瘢痕组织，还会破坏心脏精密的电信号传导网络。传统治疗手段难以解决两个核心难题：一是坏死后心肌无法再生，二是瘢痕组织导致电信号传导"断路"。更棘手的是，心肌微环境的复杂性——既要具备适当的机械强度支撑心跳，又需要导电性维持电信号同步，还要有生物相容性避免排异反应。这种"既要又要还要"的需求，让科学家们将目光投向了能模拟细胞外基质(ECM)的导电水凝胶材料。

研究方法
研究人员采用共价交联技术将丝素蛋白(Silk Fibroin, SF)与透明质酸(Hyaluronic Acid, HA)结合形成基础水凝胶，通过掺入不同比例的MXene纳米片(SH-M0至SH-M5)构建导电网络。通过电化学阻抗谱测试导电性，原子力显微镜表征力学性能，体外心肌细胞培养评估生物相容性，最后在大鼠心肌梗死模型中进行为期4周的功能验证。

研究结果

1. 材料特性优化
   SH-M5组在MXene含量为1.5 wt%时达到最佳平衡，电导率(0.32 S/m)接近天然心肌组织(0.1–0.6 S/m)，弹性模量(15.7 kPa)匹配心肌力学特性。

2. 电生理功能验证
   钙瞬变检测显示SH-M5组心肌细胞同步收缩率提升83%，动作电位传导速度较空白组提高2.1倍，证实其能重建电信号传导通路。

3. 动物实验效果
   心肌梗死大鼠植入SH-M5后，超声心动图显示左心室射血分数(LVEF)从32.5%提升至49.8%，纤维化面积减少61%，血管新生密度增加3倍。

研究结论
该研究首创的MXene-SF/HA复合水凝胶通过三重机制发挥作用：MXene构建的导电网络恢复电信号同步；SF提供的力学支撑抑制心室扩张；HA促进内源性细胞迁移。这种"仿生微环境"策略突破了传统材料单一功能的局限，为心肌修复提供了可注射、可降解的新型治疗选择。研究发表在《Biomacromolecules》的成果，不仅为心肌梗死治疗开辟了新途径，其"导电-力学-生物"协同设计理念更可拓展至神经、骨骼肌等其他电敏感组织的再生领域。