针对上述问题，四川大学生物工程学院的王云兵团队设计了一种负载去铁胺（DFO）和卡维地洛（Carvedilol）的GelMA/HASH水凝胶（GelMA/HASH@DPDCNs），兼具生物相容性与可注射性。通过体外实验验证其控释性能、抗炎、抗氧化及促血管生成作用，并进一步在大鼠MI模型中证实该水凝胶可通过协同促进血管新生与抑制炎症反应，有效改善心肌梗死后的心功能，为MI治疗提供新思路。该文章于2025年7月21日以《An injectable hydrogel loaded with deferoxamine and carvedilol for the treatment of acute myocardial infarction》为题发表于《Chemical Engineering Journal》（DOI：10.1016/j.cej.2025.166294）。

研究示意图

(1) 水凝胶的制备与表征

图1A-B的¹H NMR分别显示GelMA在5.5与5.7 ppm出现甲基丙烯酸酯峰、HASH于2.5 ppm出现胱胺二甲烯峰，证实两者合成完成。图S3与1C的TEM显示DPNNs及DPDCNs呈球形；图S4与1D的DLS表明载药后粒径由107 nm增至约200 nm。图S7与1E的SEM显示Hydrogel 1与4孔径均>100 μm，DPDCNs引入未破坏多孔结构。图1F应变扫描示两凝胶在540 %应变内G′>G″，呈凝胶态；图1G-H释放曲线：卡维地洛72 h累计释放≈44.7 %，10 d达81.3 %；DFO 72 h累计释放≈31.8 %，14 d达62.8 %，实现早期快速释药与后期持续释药。

图1.（A）Gel，GelMA和（B）HA，HASH的1H NMR。（C）DPDCN的TEM图像（比例尺：100 μm）。（D）DPDCN的粒度分布。（E）水凝胶4的SEM图像（比例尺：（F）.水凝胶振幅扫描试验。以恒定频率（1Hz）进行测量。（G）卡维地洛和（G）在37 ℃下从PBS中的水凝胶4的DFO释放速率

（2）水凝胶的体外ROS清除和抗炎活性

在H₂O₂诱导的H9C2氧化应激模型中，图S14系统评价了DPDCNs浓度-效应关系：0–50 μg/mL范围内细胞活性随剂量递增，于50 μg/mL达峰值（约为H₂O₂组的1.8倍），继续升高至100 μg/mL则出现轻度回落，提示最适负载量；所有含DPDCNs水凝胶组活性均显著高于单纯H₂O₂损伤组，奠定后续实验剂量基础。ROS检测方面，图2A与S15的DCFH-DA荧光成像显示，含卡维地洛的Gel-3、Gel-4组绿色信号较H₂O₂组分别降低62 %与71 %；图S16定量结果进一步证实，Gel-4组胞内ROS水平降至对照组的38 %，显示出剂量-依赖的自由基清除能力。凋亡实验图2B Annexin V-FITC/PI双染流式结果显示，Gel-4干预后早期凋亡率由H₂O₂组的28.7 %降至9.4 %，晚期凋亡+坏死率由15.2 %降至4.1 %，总体存活率提升至86.5 %，表明其可显著抑制氧化应激触发的细胞凋亡与坏死。

抗炎评价采用LPS激活的RAW264.7巨噬细胞模型。细胞因子谱方面，图2D-E的ELISA结果表明，LPS刺激48 h后TNF-α与IL-6分别高达295.7 pg/mL与113.3 pg/mL，而Gel-4组将二者分别抑制至108.2 pg/mL与41.6 pg/mL，抑制率分别为63 %与63.3 %；图2C免疫荧光与图S18定量统计进一步证实，TNF-α蛋白红色荧光强度下降68 %。与之对应，图2F显示抗炎因子IL-10在Gel-4组升高至37.4 pg/mL，较LPS组提升40 %，综合表明Gel-4通过下调促炎因子、上调抑炎因子并促进M2极化，实现显著的体外抗炎效应，为其用于心肌梗死后期炎症调控提供实验依据。

图2. (A)H₂O₂处理48 h H9C2 的ROS染色；(B) H2O2和不同水凝胶样品处理48小时的H9C2细胞的膜联蛋白V-FITC/PI双染色流式细胞术结果，坏死细胞（Annexin-V/PI − /+;左上）;凋亡细胞（Annexin-V/PI +/+和Annexin-V/PI +/− ;右上和右下）;活细胞（Annexin-V/PI − /− ;左下）；(C)LPS刺激48 h RAW264.7 TNF-α免疫荧光；(D−F)该条件下IL-6、TNF-α、IL-10水平

（3）多功能水凝胶对内皮细胞迁移和管腔形成的影响

在24 h划痕实验中，图3A直观显示含DFO的Gel-2与Gel-4组HUVEC迁移面积已覆盖约75 %的初始划痕区，而无DFO的Gel-1与Gel-3组仅修复约35 %，差异具有统计学显著性；至36 h，Gel-4组划痕基本闭合，剩余缺口宽度不足起始的10 %，对照组与无DFO组仍保留30 %以上未愈合区域。图3C的定量分析进一步证实，Gel-4组的迁移/增殖速率较对照提升约2.1倍，显著高于其他实验组。管腔形成实验方面，图3B的6 h荧光图像可见Gel-4组已出现密集且连续的多边形血管网，节点数、分支点及总管长均显著增加；图3D-E统计显示，其节点数达到每视野48 ± 5个，分支点41 ± 4个，总管长为4.8 ± 0.3 mm，分别约为对照组的2.5倍、2.3倍和2.6倍，且无DFO组未见显著差异，充分说明DFO负载的水凝胶通过协同促进内皮细胞迁移与管腔结构化，显著加速体外血管新生过程。

图3. (A)HUVEC划痕0、24、36 h图像；(B)体外管腔形成图像；比例尺200 μm；(C)划痕愈合率(n=3)；(D)节点数、分支点数；(E)总管长度

（4）多功能水凝胶体内抗氧化、抗凋亡作用及体内抗炎作用评价

图4A的活体ROS成像显示，术后3 d MI组梗死区绿色荧光信号强度约为Sham组的3.4倍，提示氧化应激剧增；Gel-4组荧光强度降至Sham组的1.1倍，显著低于其余各治疗组，证实其清除ROS能力最优。图4G定量统计进一步验证，Gel-4组相对荧光强度较MI组下降67 %，且差异具有统计学意义（p < 0.001）。图4B的TUNEL染色显示，MI组凋亡阳性细胞率高达38.5 %，Gel-4组降至9.2 %，为各组最低；图4H定量分析表明，其凋亡抑制率约为76 %，显著优于Gel-3组（抑制率52 %），显示清除ROS后有效阻断心肌细胞凋亡。炎症因子检测方面，图4E的ELISA结果显示，Gel-4组梗死区IL-1β浓度为85 pg/mg蛋白，较MI组（210 pg/mg蛋白）降低59 %；图4F显示TNF-α水平由MI组的312 pg/mg蛋白降至Gel-4组的118 pg/mg蛋白，降幅达62 %，均显著低于其余水凝胶治疗组。巨噬细胞表型分析中，图4C免疫荧光显示，Gel-4组CD86（M1标志）阳性面积占梗死区5.1 %，显著低于MI组的21.3 %；图4D显示CD206（M2标志）阳性面积升至28.7 %，为MI组的2.9倍，提示Gel-4有效促进M1向M2型极化，协同抑制炎症并推动心肌修复进程。

图4. 治疗后3 d水凝胶抗氧化、抗凋亡及抗炎评估：代表性图像(A)ROS(红)、(B)TUNEL(绿)、(C)CD206(绿)、(D)CD86(红)、(E)TNF-α(绿)、(F)IL-1β(绿)荧光图及(G-L)对应定量分析

（5）多功能水凝胶的体内治疗效果评价

图5A-E的超声参数显示，14 d时MI组左心室扩张明显，EDV与ESV分别达1.44 ± 0.08 mL和0.73 ± 0.05 mL，EF、FS分别降至45.4 ± 2.1 %与19.7 ± 1.3 %；Gel-4组EDV、ESV分别被抑制至0.96 ± 0.06 mL和0.38 ± 0.03 mL，EF、FS回升至65.8 ± 3.2 %与32.4 ± 2.0 %，显著优于其余治疗组。至28 d，Gel-4组EF进一步升至78.9 ± 2.5 %，FS达45.6 ± 1.8 %，接近Sham组水平（EF 82.1 %、FS 48.3 %），证实其持续改善收缩功能。图5F H&E显示Gel-4梗死壁厚度增至1.28 ± 0.09 mm，较MI组提升76 %；Masson染色示胶原面积分数由MI组的41.3 %降至13.7 %，纤维化显著减轻。

图5. 水凝胶治疗后大鼠心功能与心室重塑评估：(A)第14、28天各组超声心动图；(B-E)EF、FS、ESV、EDV统计；(F)28天梗死心脏H&E与Masson染色

（6）多功能水凝胶体内血管生成作用和心脏功能影响的评价

图6A–B的免疫荧光显示，28 d时Gel-4组梗死边缘区VEGF阳性面积占（39.8 ± 3.1）%，HIF-1α阳性面积占（42.5 ± 2.7）%，分别为MI组的3.2倍与3.4倍，且显著高于Gel-2组（VEGF 24.6 %、HIF-1α 26.3 %），证实DFO持续激活HIF-1α/VEGF轴并促进血管新生；图6E–F定量荧光强度亦呈相同趋势，Gel-4组VEGF、HIF-1α强度较MI组提升约2.9倍与3.1倍。心肌结构蛋白方面，图6C、G显示α-actinin在Gel-4组荧光强度为（18.7 ± 1.3）×10³ a.u.，较MI组提高了2.5倍，表明肌节成熟与收缩单元恢复；图6D、H显示CX43在Gel-4组表达量达（21.4 ± 1.8）×10³ a.u.，为MI组的4.3倍，缝隙连接重构显著，电-收缩耦联功能明显改善。综合图6结果，Gel-4通过协同促血管新生、抑制炎症及氧化应激，最终实现心肌结构修复与功能恢复。

图6.28天水凝胶促血管与心肌修复：(A)VEGF(绿)、(B)HIF-1α(绿)、(C)α-actinin(红)、(D)CX43(绿)免疫荧光及(E-H)平均荧光强度统计