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心肌梗塞 (MI) 是全球發病率和死亡率的主要原因。心梗發生後，梗塞周圍區域不受控制的過度纖維化會導致左心室重塑和心臟功能惡化。因此，在心臟修復成熟期抑制成纖維細胞活化可改善MI後的心臟重塑和功能。
轉化生長因子β (TGF-β) 在心肌成纖維細胞轉分化和細胞外基質沉積中起著關鍵作用。Galunisertib 是一種 TGF-β 受體 I 激酶的小分子抑制劑，能特異性地下調 Smad2 的磷酸化，是一種理想的抗纖維化藥物，已用於治療癌症和肝、肺和腎纖維化。
由於細胞外基質沉積是心肌梗死後瘢痕形成的生理過程，傳統的抗纖維化藥物治療對瘢痕形成和心室壁穩定有害。因此，探索可以局部遞送 galunisertib 並維持心室壁穩定性的藥物平台將有助於開發一種新的治療策略，以減輕梗塞周圍區域的心臟纖維化。
基於此，南京大學謝峻醫師團隊設計了一種甲基丙烯醯明膠 (GelMA)水凝膠微針(MN)貼片，將 galunisertib 負載到微針尖端（MN-Gal 貼片）以提供心肌靶向藥物的策略。該貼片可以持續釋放 galunisertib 超過 2 周，並為脆弱的心室壁提供機械支撐。本策略顯示出了微針(MN)貼片作為一種先進藥物平台的潛力，可在局部和微創遞送直接抗纖維化藥物以預防心肌纖維化，從而治療 MI 和促進心臟修復。相關工作以 「Galunisertib-Loaded Gelatin Methacryloyl Hydrogel Microneedle Patch for Cardiac Repair after Myocardial Infarction」 為題目，於2022年8月29日發表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。
1. 負載Galunisertib的GelMA MN 貼片的表徵
MN-Gal 貼片通過兩步模板法製備：第一步，將負載 Galunisertib 的 GelMA溶液通過離心填充到PDMS製成的MN模板模具尖端中，然後通過UV照射交聯以固化尖端。第二步，添加相同濃度的 GelMA 溶液作為背襯層覆蓋尖端，固化並在 37°C 下乾燥脫模。表徵MN貼片的微觀結構，該貼片由 385 個微針排列成均勻的圓形，直徑為 17.5 mm，單個針尖的高度和底部直徑分別約為 570 μm和 260 μm。
接著，作者研究了MN貼片的機械強度，這是決定其穿透心肌的能力的重要參數。測試結果表明，MNs的機械強度為每針約 0.4 N，根據之前的報導其強度足以充分穿透心肌而不會斷裂。
隨後，使用螢光分子羅丹明 B 作為模型藥物並將其裝載到 MN中，研究GelMA MN貼片的藥物裝載和隨後的釋放行為。
綜上，製備的GelMA MN 貼片具有適合的尖端尺寸和機械強度，可以穿透心肌，並且可以在較長的治療期內持續釋放足夠的負載藥物。
2. MN-Gal 貼片保留 MI 後的心臟結構和功能
為了研究 MN-Gal 貼片的實際治療效果，作者將MN-Gal貼片應用於大鼠MI模型並接受不同的治療。
H&E染色結果清楚地顯示了穿透心肌組織的 MN 尖端的相應針孔，說明 MN 貼片具有足夠的機械強度來穿透心肌。生存曲線表明使用 MN 貼片可延長生存期。
超聲心動圖（UCG）統計數據顯示，心肌梗塞後，各組大鼠心臟功能均呈進行性下降。心肌梗塞 10 天后，採用 MN 貼片治療，MI+MN 和 MI+MN-Gal 組大鼠的左心室射血分數（LVEF）和左心室短軸縮短率（LVFS）不再下降，與 MI 組相比呈上升趨勢，說明心臟功能得到了保留。然而，是否負載 galunisertib 得到的結果沒有差異。
3. MN-Gal 貼片在大鼠MI模型中減少梗塞瘢痕延伸和擴張並防止心肌肥大
研究結果表明，與未治療的 MI 組或空白 MN 貼片治療組相比，MN-Gal 貼片治療後心臟肥大顯著改善。通過DAPI和WGA染色，心肌細胞橫截面積（CAS）的定量結果表明，空白 MN 貼片可以降低 CAS，而在貼片中負載 galunisertib 則進一步導致CAS的顯著下降。
通過 H&E 染色和天狼星紅染色評估梗塞大小和心臟纖維化。MI + MN組和MI + MN-Gal組的梗塞壁厚度均增加，這可能與 MN 貼片的機械支撐作用有關。與未治療的 MI 組相比，MI + MN 組纖維化顯著降低。同樣，在MN-Gal 貼片治療後進一步下降。
這些結果表明，由 MN 貼片介導的向心肌遞送 galunisertib ，可以有效減輕梗塞周圍區域的心臟纖維化和 MI 後的心肌肥大。
4. MN-Gal貼片通過抑制TGF-β/Smad2信號傳導來防止成纖維細胞活化，但對血管生成和炎症沒有明顯的影響
骨膜素是一種基質細胞蛋白，在心肌梗死後活化的成纖維細胞中高度表達，在心臟肥大和纖維化的病理過程中起重要作用。在心肌梗塞的心臟修復過程中，TGF-β 信號傳導需要骨膜素。
免疫螢光（IF）染色結果表明，在MN-Gal貼片處理的MI心臟中觀察到骨膜素+細胞的明顯減少，表明其抑制成纖維細胞的活化。Vimentin IF染色表明，這三組心臟間質中的總成纖維細胞群沒有顯著改變。用MN-Gal貼片處理的心臟中TGF-β與β-肌動蛋白的相對蛋白表達水平和 Smad2的磷酸化顯著降低，表明GelMA MN 貼片可以有效地局部釋放足夠的galunisertib來抑制梗塞心肌中的TGF-β信號傳導。作者還評估了 MN貼片治療下的血管生成和炎症。結果表明，在心肌修復過程中，貼片不會損害血管生成或加重炎症。
採集血樣以進一步評估釋放的galunisertib和MN貼片材料的毒性。研究結果表明材料沒有明顯的全身毒性。
以上結果表明，MN-Gal貼片可以有效抑制梗塞區和梗塞周圍區域的局部TGF-β信號傳導，防止纖維化向周圍區域擴展，而對促進血管生成和抗炎作用沒有顯著貢獻。
綜上所述，作者製備一種加載galunisertib的GelMA MN貼片，該貼片可提供機械支撐並在梗塞心肌中實現局部藥物治療。MN-Gal貼片持續釋放負載的galunisertib，有效抑制局部TGF-β信號傳導，有助於減輕心臟纖維化和肥大，改善心臟功能。作者預計 MN-Gal 貼片可能成為治療 MI 的有希望的候選方案，對改善 MI 患者的長期預後具有重要的臨床意義。
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