心肌梗死（MI）後，再灌注的缺血性心肌組織中會產生活性氧（ROS）。心肌梗死後心臟增強其功能表現的一種代償性方式是使心肌細胞肥大。在過去，降低心肌細胞中ROS的水平與抑制心肌肥大有關。值得注意的是，氧化鈰納米粒子（nCe）已被廣泛用於有效清除細胞ROS，以保護細胞免受氧化損傷。此外，納米纖維等纖維基質正在成為工程植入式心臟補片的有前途的基質。在這項研究中，研究人員描述了使用靜電紡絲製備的nCe修飾聚己內酯（PCL）和PCL-明膠共混物（PCLG）納米纖維。通過X射線衍射、X射線光電子能譜、能量色散X射線能譜、掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡和接觸角測角法對其進行了表徵，證實了纖維直徑約為300nm的PCL或PCLG納米纖維（PCLG-Ce）上存在nCe。
基於nCe的PCLG支架與包括原代細胞在內的多種細胞類型具有細胞相容性。當受到H2O2誘導的氧化應激時，在nCe修飾的PCLG納米纖維上培養的原代心肌細胞顯示ROS水平顯著降低。有趣的是，研究發現nCe修飾的PCLG納米纖維可以抑制激動劑引起的心肌肥大。總體而言，這項研究的結果表明，nCe修飾PCLG納米纖維作為心臟補片，具有抗氧化和抗肥大的潛力。
圖1.用作可植入心臟補片的氧化鈰納米粒子（nCe）修飾納米纖維的製備示意圖。A）納米纖維的製備和納米纖維上nCe塗層的圖示。B）nCe修飾的PCLG納米纖維的放大圖示。（a）以各種步驟將鈰鹽沉積在納米纖維上。（b）納米纖維作為心臟補片的功能是減輕心肌梗死後產生的ROS。
圖2.nCe修飾納米纖維貼劑的表徵（A）（i）PCL，（ii）NaOH處理的PCL（PCL-NaOH）和（iii）nCe修飾PCL的SEM圖像。（比例尺為15m，放大圖像為5m）。（B）nCe修飾納米纖維的反向散射SEM圖像，顯示nCe在纖維上的沉積（（i）比例尺=40m，（ii）比例尺=20m）。（C）納米纖維的EDX分析（i）PCL-NaOH和（ii）PCL-nCe（比例計數為1625）。（D）XPS分析：（i）粉末形式的PCL-nCe納米纖維的全光譜分析。（ii）顯示主要Ce4+氧化態的選擇性Ce 3d光譜（峰值以紅色表示）。（E）XRD分析：（i）PCL-NaOH（ii）PCL-nCe（*CeO2 JCPDS卡號81-0792的代表峰）（F）納米纖維的AFM表徵。（a）（i）PCL（ii）PCL-nCe的代表性AFM偏轉2D圖像。（b）（i）PCL（ii）PCL-nCe的3D渲染圖像。纖維截面分析（比例尺為40m）。
圖3.nCe修飾PCLG納米纖維的表徵。A）納米纖維的SEM顯微照片：未塗覆（PCLG），經NaOH處理（PCLG-NaOH）或塗覆有0.1M（PCLG-0.1Ce1200）或0.5M（PCLG-0.5Ce1200）氧化鈰20小時。放大倍率2500至15000X。B）在PCLG、PCLG-NaOH、PCLG-0.1Ce1200和PCLG-0.5Ce1200上培養的心肌細胞的共聚焦顯微照片，其用鬼筆環肽（紅色）和Hoechst（藍色）染色。比例尺=20m。C）納米纖維的SEM圖像：未塗覆（PCLG），塗覆有0.01M（PCLG-Ce10）氧化鈰10分鐘，0.01M（PCLG-Ce60）氧化鈰60分鐘和0.01M（PCLG-Ce60）氧化鈰20小時。放大倍率4500至15000X。D）PCLG、PCLG-NaOH、PCLG-Ce10和PCLG-Ce60的纖維直徑圖。E）H9c2細胞在不同的底物上生長36小時。細胞核用Hoechst（藍色）染色。比例尺=50m（上圖）。餅圖描繪了細胞相對附著的百分比。TCPS作為空間（下圖）。F）PCLG、PCLG-NaOH、PCLG-Ce10、PCLG-Ce60的水接觸角測量。角度以度表示。
圖4.nCe修飾PCLG納米纖維的細胞相容性。A）生長36小時並用鈣黃綠素（綠色）和碘化丙啶（紅色）染色的H9c2細胞的螢光顯微照片，以觀察活細胞和死細胞的比例。放大倍率10X。比例尺=100m。B）在TCPS、PCLG、PCLG-Ce10和PCLG-Ce60上生長36小時的H9c2細胞活性的相對倍數變化圖。C）在TCPS、PCLG、PCLG-Ce10和PCLG-Ce60上生長3天的大鼠成纖維細胞活性的相對倍數變化圖。數據表示為平均值±標準差，使用單向方差分析（Sidak的多重比較測試）計算出p值。D）在TCPS、PCLG、PCLGCe10和PCLG-Ce60上生長36小時並用Hoechst染色的原代肌管的螢光顯微照片（藍色，上圖）。比例尺=100m。在TCPS、PCLG、PCLG-Ce10和PCLG-Ce60上生長的原代肌管的SEM顯微照片（下圖）。比例尺=2m。E）使用心臟特異性標記物，肌球蛋白（紅色），α-肌動蛋白（綠色）和MEF2C（紅色），對分離和培養的心肌細胞進行分子表徵。細胞核用Hoechst染色（藍色）。比例尺=20m。F）在TCPS、gTCPS、PCLG和nCe修飾納米纖維上培養36小時的心肌細胞。用心肌肌鈣蛋白（綠色）、鬼筆環肽（紅色）和Hoechst（藍色）的抗體對心肌細胞進行染色。比例尺=20m。
圖5.nCe修飾PCLG納米纖維的抗氧化和抗肥大作用。A）明膠塗覆第1、3和5天後，在TCPS和nCe-PCLG納米纖維上培養的心肌細胞。用心臟特異性標記物、心肌肌鈣蛋白I（紅色）和Hoechst（藍色）對心肌細胞進行免疫染色。比例尺=20m。B）未經處理或用H2O2處理的心肌細胞中ROS水平的代表性倍數變化圖。數據表示為平均值±標準差（n=15到55個細胞）。學生t檢驗用於計算顯著性。*表示p<0.05，****表示p<0.0001。C）在gTCPS和nCe修飾的定向gPCLG納米纖維上生長的心肌細胞。比例尺=20m。黃色箭頭指示心肌細胞排列的方向。D）在gTCPS和gPCLG-Ce60-A上生長的心肌細胞的代表性共聚焦顯微照片，用溶媒或苯丙氨酸（PE，100M）處理48h。心肌細胞用Myomesin（綠色）和心肌肥大標記物ANP（紅色）進行免疫染色。細胞核用Hoechst染色。比例尺=50m。黃色箭頭指示心肌細胞排列的方向。E）用於定量ANP陽性細胞數目的代表性圖。數據表示為平均值±標準差，n=187至382個細胞。使用雙向ANOVA（Sidak的多重比較測試）來計算顯著性。*表示p<0.05，****表示p<0.0001。