基于超导超柔材料的人源诱导多能干细胞心脏补片对食蟹猴缺血性心衰的修复研究

Graphene has recently gained considerable interest for tissue engineering applications due to its high conductivity and biocompatibility. We have.demonstrated that graphene sheets can not only maintain the pluripotency of iPSCs, but also accelerating the maturation of homogenous and functional cardiomyocytes. In this study, we will creat a novel cardiac-muscle patches engineered from human induced-pluripotent stem-cell–derived cardiomyocytes with graphene and polyimide, transplant this patches to the myocardial injure area of the ischemia/reperfusion.(I/R) cynomolgus macaque models and investigate whether it can improve the cardiac function.

石墨烯作为一种具有高导电性、生物兼容性的生物基质用于生物工程学，前期研究的结果表明，石墨烯可以维持iPSCs的多能性，并且可以促进iPSCs向成熟的心肌细胞分化。本课题拟在前期研究工作的基础上，将单层石墨烯以一种新型生物材料聚酰亚胺（polyimide，PI）薄膜为衬底，在其表面培养iPSCs，一方面验证其是否依旧能够维持iPSCs的多能性以及促进iPSC-CM成熟；并一方面利用石墨烯/PI薄膜及iPSC-CM制作的心脏补片，移植至缺血/再灌注（Ischemia/reperfusion，I/R）心肌损伤模型的食蟹猴体内，观察其对食蟹猴的心功能是否有改善作用。

作为目前已知的世上最薄、最坚硬、导电性最好而且拥有强大灵活性的纳米材料，石墨烯成为制造灵活显示屏、可穿戴设备以及其它下一代电子设备的理想材料,在生物医药等领域将爆发式增长。本研究将探究石墨烯在再生心脏的组织工程中的应用，详细探究以PI 薄膜为衬底的石墨烯对hiPSCs 向心肌分化的影响，并利用石墨烯/PI 薄膜及iPSC-CM 制作的心脏补片改善小鼠心脏I/R 后的心功能，开拓生物材料学在再生医学中的应用前景。.课题组在已建立石墨烯加速hiPSCs 向成熟心肌细胞分化的模型基础上，开展本课题。具体研究内容如下：1.验证在PI 薄膜上石墨烯仍能够维持hiPSCs 的多能性及促进其向心肌细胞分化的效率。2.研究基于石墨烯/PI 薄膜的二维体系对体外再生心肌同步收缩的协同作用影响以及促发育成熟作用。3.建立小鼠I/R 心肌损伤模型，移植心脏补片至小鼠心肌损伤区。.本项目立足于利用再生医学以及组织工程学的理论和方法，进行石墨烯在生物材料方面应用的技术研究。研究基于以石墨烯纳米纤维材料为心肌培养支撑物，以PI薄膜为衬底，利用石墨烯特殊电学特性，对体外再生心脏组织进行二维分化方式优化及培养。制备新型心脏补片，将心脏补片移植至I/R 心肌损伤模型的小鼠体内，观察心脏补片在小鼠体内的生物兼容情况以及小鼠接受心脏补片治疗后的心功能改善情况。.我们已经证明，柔性和导电石墨烯薄片可以作为一个人工微环境，模拟自然传导系统，同时在体外再生CMs，作为hiPSCs生长的支撑物，不仅促进电子通信，促进hiPSCs 向心肌细胞的分化，而且加速功能CMs的成熟。这些结果突出了电活性底物影响心肌细胞发育的能力。此外梗死大鼠模型移植iPSC-CMs实验结果证明iPSC-CMs肌内移植可改善心肌功能，逆转心室重构，并降低梗死大鼠的死亡率。我们还发现移植后1个月大鼠心脏中可以检测到移植心肌细胞，这凸显了iPSC-CMs在心肌再生中的治疗潜力。本项目已按照实施计划顺利完成研究，截止目前项目研究团队已完成了心肌补片的材料制备工艺的探索及开发，建成了稳定的生产线以及完善的质控技术平台。

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