针对上述问题，浙江大学王玮教授团队选用FDA批准的SIS作为基质，利用其压电性将机械能转化为电脉冲。通过在SIS上原位生长β-环糊精金属有机框架（β-CD-MOF），借助主客体相互作用高效装载胆固醇修饰的miR-210 Agomir，实现了基因治疗药物的缓释。同时，在SIS边缘修饰聚苯胺磺酸盐（PST），赋予补片水触发粘附性和抗氧化性，便于微创植入，从而显著提升了SIS的临床性能。《A Piezoelectric and Suture - Free Cardiac Patch Assembled by all FDA - approved Materials Achieves a Minimally Invasive Gene Therapy》为题发表于《Advanced Functional Materials》（DOI：10.1002/adfm.202425399）。

图1 Ago-Patch的制备、作用机制及应用示意图

（1）SIS/MOF的制备与表征

图2A展示了β-CD-MOF在超声辅助下原位生长于SIS表面的示意图，制备的β-CD-MOF平均粒径为1微米，有利于提高药物包载量。图2B和图2C分别为SIS和SIS/MOF的SEM图，SIS由有序胶原纤维组成，而SIS/MOF表面呈现密集簇生的β-CD-MOF结构，源于其在SIS表面的成核与晶体生长。图2D为图2C的放大图，进一步展示了β-CD-MOF的聚集结构。图2E的XRD图谱显示，SIS/MOF在2θ = 6.4°、9.2°、10.6°、12.5°和14.7°处出现与β-CD-MOF标准谱图一致的新衍射峰，证实β-CD-MOF成功生长。图2F的FTIR图中，SIS/MOF在1020 cm⁻¹处的C-O伸缩振动峰显著增强，表明β-CD-MOF的存在。图2G的XPS曲线进一步证实了元素K的存在及C-O特征峰面积的增加。图2H通过AFM和Nano-IR分析，显示SIS/MOF表面因β-CD-MOF生长而变粗糙，红外强度显著增加，表明表面功能团发生明显变化。

图2 SIS/MOF的制备工艺及结构表征。（a）在超声辅助的气相扩散方法下，在SIS上原位生长β-CD-MOF的示意图；（b）SIS和SIS/MOF的表面形态及放大视图；（c）SIS/MOF的元素分布；（d）SIS和SIS/MOF的XRD图谱；（e）SIS和SIS/MOF的FTIR图谱；（f）SIS和SIS/MOF的XPS曲线；（g）SIS和SIS/MOF的形貌图像及1020 cm⁻¹处的红外强度分布图

（2）通过SIS/MOF的基因递送

图3A显示miR-210 Agomir的3'端胆固醇基团通过主客体相互作用与β-CD-MOF的空腔结合。图3B中Agomir的P信号与β-CD-MOF的C、K信号共定位，图3C的XPS分析确认了Agomir的成功负载。图3D表明Agomir加载后β-CD-MOF的晶体结构未变，图3E显示zeta电位从-23.1±2.7 mV降至-17.9±2.2 mV，推测因Agomir结合所致。图3F显示随着Agomir用量增加，载荷效率从83.7%降至31.6%，而每微摩尔β-CD-MOF的载荷量从1.74升至3.95 nmol。图3G表明Agomir可在两周内持续释放，优于SIS/β-CD的快速释放。图3H显示SIS/MOF@Ago的荧光强度高于SIS/β-CD@Ago，表明SIS/MOF具有更高的药物保留能力，有利于治疗应用。

图3 SIS/MOF@Ago的示意图和表征。（a）Agomir加载在β-CD-MOF中的示意图；（b）MOF@Ago的元素映射图像；（c）MOF@Ago的XPS光谱；（d）Ago的X-CD-MOF和MOF的XRD光谱；（e）电位变化；（f）MOF@Ago的Agomir负载效率；（g）Ago-Patch的药物释放曲线；（h）罗丹明B在SIS/MOF和SIS/β-CD上的负载和释放行为

（3）SIS的压电特性

图4A示意了SIS产生压电效应的机制，其胶原纤维的三螺旋结构在机械应力作用下引发极化变化。图4B的压电响应显微镜（PFM）振幅映射强度与胶原纤维方向一致，证实了胶原纤维的压电响应。图4C的蝴蝶曲线揭示了PFM振幅与施加直流偏压的关系，进一步验证了压电特性。图4D的单点测量显示SIS、SIS/MOF、SIS/PST的d33值分别为3.7±0.2、3.6±0.2、2.1±0.2 pm V⁻¹，表明β-CD-MOF生长未影响压电性能，而PST修饰使d33值下降。图4E展示了SIS-PENG的组装结构，图4F表明其开路电压（Voc）随SIS尺寸增加而增大。图4G显示SIS/MOF的Voc无变化，而SIS/PST的Voc显著降低。图4H表明SIS-Patch的Voc随关节活动角度增大而增加。图4I显示在超声波功率增加时，Voc从250 mV（0.5 W cm⁻²）升至800 mV（2 W cm⁻²）。图4J表明SIS-Patch在9 mm厚的肉下仍能被超声波激发产生约33 mV的电压。图4K显示植入大鼠心脏的SIS-Patch能响应心跳和呼吸，分别产生约10 mV和20 mV的电压。

（4）SIS/MOF@Ago的体外功能确认

图5A展示了实验方案，包括H9c2细胞的处理和分组。图5B的荧光图像显示，Cy5标记的Agomir可以从β-CD-MOF中成功释放并进入H9c2细胞。图5C和图5D的RT-qPCR结果显示，转染Agomir后miR-210水平显著增加，ISCU水平下降，HK2水平上升。图5E-G的JC-1染色结果显示，H2O2处理的细胞中红色/绿色荧光比率显著降低，表明线粒体功能障碍，而添加SIS或MOF@Ago能部分逆转这一变化。图5H和图5I的DCFH-DA染色结果显示，与健康细胞相比，H2O2处理的细胞和MOF@NC + H2O2处理的细胞内绿色荧光强度显著增加，而SIS处理和MOF@Ago转染的细胞内ROS水平降低。结果表明，miR-210能够从β-CD-MOF中有效释放，并在氧化应激条件下保护H9c2细胞，维持线粒体功能并减少mtROS产生。

图4 SIS-Patch的压电性能。（a）SIS的可能压电机制；（b）SIS、SIS/MOF和SIS/PST的PFM映射；（c）压电蝶形曲线；（d）d33值；（e）典型SIS-PENG的组装；（f）不同尺寸SIS贴片的输出性能；（g）不同修饰SIS贴片的输出性能；（h）附接到手指关节的SIS贴片的输出性能；（i）超声波下SIS贴片的输出性能；（j）不同厚度肉覆盖下SIS贴片的输出性能；（k）大鼠心脏起搏时SIS-Patch采集和输出的电信号

图5 SIS和MOF@Ago对H2O2处理的H9c2细胞的生物学功能。（a）体外实验程序示意图；（b）Agomir被H9c2细胞内吞的荧光图像；（c）miR-210基因表达水平；（d）HK2、ISCU、GPD2和ACO的热图；（e）JC-1染色荧光图；（f）细胞荧光线性定量；（g）JC-1聚集体与单体的相对荧光强度比；（h）通过DCFH-DA测量的细胞内ROS水平

（5）Ago-patch在大鼠心脏的功能

图6A显示Ago-Patch在体内至少可保留14天，表明其能牢固粘附于心脏并具备长期治疗潜力。图6B的荧光图像表明，与直接注射miR-210 Agomir相比，Ago-Patch在心肌组织中显示出更高的荧光强度，证明了Ago-Patch的持续释放能力。图6C列出了实验方案，大鼠被随机分为四组：假手术组、心肌梗死未治疗组、NC-Patch组和Ago-Patch组。图6D的超声心动图显示，与假手术组相比，心肌梗死组左心室舒张末期和收缩末期直径显著增加，而Ago-Patch治疗可显著恢复这些指标。图6E和图6F的定量分析显示，心肌梗死组的射血分数（EF）和缩短分数（FS）显著下降，而Ago-Patch组的EF和FS显著提高，接近假手术组水平，表明Ago-Patch能显著改善心脏功能。

图6 动物实验设计。（a）代表性荧光图像；（b）心脏中总辐射效率定量分析；（c）动物实验方案；（d）治疗后第28天的代表性超声心动图图像；（e）EF的定量分析；（f）FS的定量分析

（6）Ago-Patch对大鼠心肌梗死的治疗作用及miR-210 Agomi的可能作用途径

图7A的RT-qPCR结果显示，Ago-Patch治疗7天后，心肌组织中ISCU和GPD2基因表达显著下调，表明miR-210 Agomir成功发挥作用。图7B和图7C的HE染色显示，与MI组相比，Ago-Patch组左心室壁厚度增加，不良重塑得到抑制。图7D和图7E的Masson’s三色染色及定量分析表明，Ago-Patch显著减少心肌纤维化面积。图7F的Sirius Red染色进一步证实了这一结果，显示Ago-Patch组胶原沉积最少。图7G的免疫荧光染色显示，与MI和NC-Patch组相比，Ago-Patch组在梗死区的α-SMA和CD31表达显著增加，表明新生血管密度提高。图7H和图7I的Cx43免疫荧光染色显示，Ago-Patch组Cx43表达显著增加，表明SIS产生的电刺激促进了电生理信号的传递。图7J总结了Ago-Patch的作用机制，表明其通过释放miR-210 Agomir调节细胞代谢，抑制ISCU表达，影响ACO，导致TCA循环中断，同时抑制GPD2表达，减少mtROS产生，从而适应缺氧环境并促进心肌细胞存活。

图7 Ago-Patch对MI大鼠的治疗作用及miR-210 Agomir的可能作用途径。（a）基因表达水平的统计分析；（b）HE染色代表性图像；（c）壁厚定量分析；（d）Masson三色染色代表性图像；（e）心脏纤维化面积定量分析；（f）SR染色代表性图像；（g）CD31和α-SMA的代表性IF染色图像及FI定量；（h）Cx43蛋白的代表性IF染色图像及FI定量；（i）Agomir的可能作用途径