这是一篇关于通过水凝胶给药治疗心肌梗塞的综述，作者来自天津大学。这篇综述对这种给药方法进行了全面总结，其中一个部分是气体给药，也对氢气作用进行了介绍。考虑到这种方法给药的新颖性，通过水凝胶给一些能产生氢气的纳米材料，应该成为包括心肌梗塞在内的局灶性组织病变的治疗策略。这从学术创新和将来应用方法上都值得探索。氢思语给大家摘要介绍本综述。
ZhangX,LiuW.EngineeringInjectableAntiInflammatoryHydrogelstoTreatAcuteMyocardialInfarction[J].AdvancedNanoBiomedResearch,.EngineeringInjectableAntiInflammatoryHydrogelstoTreatAcuteMyocardialInfarction-Zhang--AdvancedNanoBiomedResearch-WileyOnlineLibrary
心血管疾病已成为人类死亡的最主要原因之一，死亡人数每年继续增加。急性心肌梗死(AMI)是由冠状动脉闭塞引起的，严重威胁着人类的健康。心肌缺血时，流向心脏组织的血流减少，氧和营养物质的运输受阻，导致心肌组织大量损伤，心肌细胞凋亡/坏死。成年哺乳动物心脏终末分化心肌细胞退出细胞周期，增殖能力极低，限制了AMI后心肌组织的再生和修复。因此，损伤的心肌细胞被疤痕组织替代，以维持器官完整性，防止破裂。此外，受损的心肌组织发生纤维化和心脏扩张，30%的患者最终发展为致命的心力衰竭(HF)。及时再灌注，包括药物溶栓和手术干预，可有效降低心肌细胞死亡。然而，这些治疗方案仅限于缓解症状，不能长期维持心脏功能，不能促进受损心肌组织的再生和修复;这最终导致大量患者出现慢性心衰。因此，开发新的治疗方法对急性心肌梗死后心肌组织再生和修复具有重要意义。
缺血损伤的病理生理反应主要包括三个不同但重叠的过程，即炎症、增殖和重塑。心肌缺血可引起心肌细胞损伤;如果缺血持续时间延长，会导致心肌细胞死亡，触发释放强效的促炎信号，引起细胞外基质(ECM)降解和正常细胞功能障碍。受损心肌分泌损伤相关分子模式(DAMPs)来招募炎症细胞群，介导缺血后连续阶段的重塑。受损细胞过表达核因子κB(NF-κB)依赖的细胞因子和趋化因子，并招募中性粒细胞进入梗死心肌组织。中性粒细胞通过分泌具有趋化特性的颗粒蛋白来促进单核细胞的募集。梗死心肌组织中招募的单核细胞和驻留的巨噬细胞分化为M1巨噬细胞，以消除坏死细胞并触发炎症反应。在增殖期，炎症反应逐渐被抑制。M2巨噬细胞在心肌巨噬细胞群中占多数，导致生长因子的产生，从而激活血管生成。同时，许多常驻的成纤维细胞迁移到受损的心肌组织，在那里转化为肌成纤维细胞合成ECM，促进心肌修复。心肌壁压升高伴ECM合成增加，提示发生了有益的“修复”纤维化。随后，胶原纤维形成，取代坏死细胞，成熟的胶原纤维增加疤痕的抗拉强度。各种金属蛋白酶和基质金属蛋白酶的组织抑制剂分泌和修饰ECM，导致疤痕重塑。任何对这些病理生理过程的障碍都可能阻碍心肌修复。年的一篇综述提出了炎症对包括组织修复和再生和恢复内稳态在内的全身免疫的重要性，强调失调的炎症反应对组织修复的损害作用，以及最新的组织再生生物材料疗法。因此，迫切需要对炎症反应进行空间调节，以减少白细胞数量和急性炎症，防止炎症因子向非梗死区扩散。
最近对AMI病理机制的认识的进展，促进了可以缩小梗死面积的药物的开发。在过去的几十年里，人们进行了广泛的研究，以确定潜在的药物干预来改善AMI后的炎症反应。虽然大多数靶向治疗的临床前研究显示了良好的结果，但这些治疗策略中许多未能减少梗死面积或改善AMI后的临床结局。这些药物通常有局限性，如半衰期短、生物利用度低和严重的不良反应。使用纳米粒子(NPs)来传递治疗分子是克服这些局限性的一种很有前途的策略。与常规静脉制剂相比，纳米药物通过简单的修饰提高了药代动力学，降低了全身*性，提高了靶向性。AMI后心血管通透性增加，NPs可通过类似于“增强渗透/留存”(EPR)的机制到达心脏组织，并在静脉注射后有效停留在损伤部位。同时，纳米载体可以保护包裹在NPs中的药物分子在循环系统中不被降解，从而改变药物的药代动力学特性。虽然可能发生EPR效应，但心脏内NPs浓度仍相对较低。在静脉注射后，大量NPs往往被困在肝、肾等代谢器官中，从而增加了对这些器官的*性。副作用的风险和持续给药的需要进一步增加了患者的经济负担。因此，靶向、高度控制和缓释治疗对于减少急性心肌梗死后的炎症反应和梗死面积至关重要。
为了克服这些限制并实现有效的治疗效果，由具有ecm样结构和粘弹性的3D聚合物网络组成的水凝胶可以用作定位和传递药物分子的理想基质。[28-30]随着材料技术的进步，大量由合成或天然聚合物组成的水凝胶被开发为传递各种信号分子的载体。通过结合药物或纳米修复，可预先设计的水凝胶可以容易地植入或直接注射到靶部位，实现局部控制药物释放，从而避免静脉给药引起的全身副作用。这些生物材料的临床前和临床研究取得了显著进展，为AMI的有效治疗策略的制定做出了贡献。
本文综述了各种生物材料平台，特别是水凝胶材料，作为抗炎策略在AMI治疗中的应用。首先，简述长期炎症对AMI的影响及影响炎症的因素。然后，我们将详细讨论以水凝胶为基础的注射型抗炎治疗策略。最后，指出了急性心肌梗死慢性炎症治疗中存在的问题和发展趋势。本文对近年来的研究进展进行了系统的总结和分析，对该领域的研究人员具有一定的参考价值。
3.5可注射的水凝胶，用于气体输送，增强抗炎活性
内源性生成的气体信号分子参与各种疾病的病理过程，在广泛的生物应用中是不可替代的。医用气体，特别是三种气体信号分子，一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)和硫化氢(H2S)，已被证明对细胞有明显的保护作用。NO可能是最广为人知的关键气体信号分子，可减少超氧化物的产生，消除炎症，提高线粒体能量的产生。CO是另一种在许多方面与NO功能相似的气体输送剂。H2S参与调节许多系统和器官的生理功能。H2也被认为是一种气体信号分子，其生理和治疗效果与NO、CO和H2S相似。本文重点综述了NO、H2S、CO和H2在缺血性心肌病中的生理意义以及抗炎药控释的生物材料平台。
可注射水凝胶输气以减轻急性心肌梗死后炎症。a)用于加载质粒DNA-eNOs、NPs和ADSCs治疗AMI的导电可注射水凝胶示意图。b,c)体外和体内NO释放。d)H2S释放水凝胶用于心脏修复示意图。e)H2S体外和体内释放谱。
氢分子是最轻的气体和最小的分子，它是有效的和无*的。最初，它经常用于深海潜水，以防止减压病。此后，越来越多的研究表明H2在治疗许多活性氧/氮(ROS/RNS)相关疾病方面具有广泛的潜力。年的一项研究表明，临床可行剂量的H2显著降低培养细胞中的羟基自由基，并提供神经治疗益处。因此，H2可能是一种理想的抗氧化剂。H2除具有抗氧化作用外，还发挥着有益的作用，通过减少炎症反应，调节信号通路，达到保护细胞的目的。H2在许多病理条件下的保护作用已被研究，如心脏纤维化、肝损伤、神经元疾病和糖尿病。最常用的H2处理方法是吸入含氢空气(HCA)、饮用富氢水(HRW)和注射富氢生理溶液(HRS)。吸入HCA可能更适合缓解急性氧化应激状态。与动脉相比，饮用HRW可使心房中H2浓度增加10倍。在大鼠心肌缺血-再灌注损伤模型中，在缺血开始及再灌注后60min内吸入2%H2，可减少梗死面积，改善心功能。此外，腹腔注射HRS可通过其抗氧化和抗炎活性进一步减少心脏损伤。然而，宏观管理无法精确控制H2向患病区域的传递。因此，我们推测H2在病灶部位的可控高效释放将大大提高H2的治疗效果。何前*等合成了一个30nm的Pd纳米晶体，并将大量的氢加入其中并稳定形成了Pd氢化物。钯纳米晶体的氢化增强了近红外吸收，这使得光声成像(PAI)引导的生物还原氢释放和光热治疗成为可能。在这项工作中，氢热疗法不仅发挥协同抗癌作用，而且保护正常细胞免受光热疗法引起的高温损伤。氢也被用来减少缺血性心肌病造成的损害。Zheng等人报道了微气泡(H2-mb)加载H2，构建超声可见H2传递系统。H2-mb能有效释放H2，减少缺血再灌注大鼠心肌梗死面积和心肌细胞凋亡。
由于过去并没有通过水凝胶体内输送氢气的研究论文，开展相关研究就显得比较有新意。当然结合介入治疗技术，这种局部进行材料输送的方法也存在潜在应用价值。因此有必要开展相关研究。当然不仅是心肌梗塞，脑梗死、皮肤疾病和关节炎等局灶性疾病损伤，也具有同样的研究价值。