南京邮电大学 | 突破心梗治疗瓶颈!无线可编程 ePOWER 贴片原位产生活性囊泡,修复心脏功能新方案

针对心梗治疗中外源性药物药代动力学不佳、细胞疗法存在肿瘤风险及 EV 疗法产量低、靶向性差等问题，研究团队设计了无线可编程 ePOWER 贴片，通过柔性导电层与生物黏附水凝胶封装 M2 型电敏感巨噬细胞，经无线电刺激激活细胞内钙信号通路，原位高效产生治疗性 EV；该设计无需外源性 EV 扩增与递送，在大鼠心梗模型中证实可诱导巨噬细胞 M1→M2 表型转换，促进心肌细胞增殖与血管新生，显著缩小梗死面积、改善心功能，为心梗及多种疾病提供了安全高效的一体化治疗平台。

研究亮点

创新性开发无线可编程 ePOWER 生物电子贴片，通过电刺激嵌入的 M2 型巨噬细胞，实现原位高效产生活性 EV，单细 EV 产量提升约 24 倍；贴片采用 DA/PEI/PAA 自凝胶黏附层，适配心脏动态运动，兼具生物相容性与电流屏蔽功能；EV 可直接作用于梗死部位，规避全身递送的清除问题，同时通过调控巨噬细胞极化、促进心肌增殖与血管新生发挥多效治疗作用，构建了 “刺激 - 产泡 - 治疗” 一体化平台，兼具高可编程性与临床转化潜力。

全文归纳总结

结果图解

Figure 1：ePOWER 系统的设计原理与体内植入效果

该图系统展示了 ePOWER 贴片用于心梗治疗的核心设计逻辑与实际应用场景。a 图清晰呈现了系统的整体架构，包括含导电层与黏附层的贴片、微控制单元（MCU）和 WiFi 天线模块，通过无线操控实现心梗区域原位产生活性 EV，省去外源性 EV 的扩增与递送步骤，简化治疗流程；b 图揭示了其作用机制，即通过电刺激诱导 M2 型 BV2 巨噬细胞内钙内流，进而激活 EV 生物合成；c 图阐明了生成的 EVePOWER 的治疗路径，可将心梗部位促炎的 M1 型巨噬细胞重编程为抗炎的 M2 型，同时促进心肌细胞增殖、内皮细胞迁移和血管新生，最终修复心肌功能；d、e 图展示了 ePOWER 贴片在大鼠体内的植入状态，能够紧密贴合心脏组织；f 图通过 CT 成像验证了植入系统在大鼠体内的位置，证明该装置可在活体中稳定存在并实现无线调控。

Figure 2：ePOWER 贴片的黏附层性能与生物相容性优化

此图聚焦于 ePOWER 贴片关键组成部分 —— 黏附层的制备、力学性能及生物相容性。a 图描述了黏附层的制备流程，通过冻干法制备 DA/PEI/PAA 粉末，经旋涂均匀分布于贴片表面，并用硅油纸保护以防止水分蒸发；b 图解释了黏附层的黏附机制，由 PEI 与 PAA 形成物理交联框架，多巴胺通过分子间作用力进一步强化黏附网络；c 图展示了搭接剪切试验的示意图与实物图，用于评估黏附强度；d、e 图通过实验数据确定了 DA/PEI/PAA 的最优质量比为 1:5:5，此时黏附应力可达 58KPa，且 zeta 电位和 pH 值利于维持交联密度与低细胞毒性；f 图表明该黏附剂在动态剪切条件下仍保持高黏度（约 78 Pa・s）和低流动性，适配心脏跳动的动态环境；g、h 图显示，导电层经 L - 精氨酸修饰后，能有效支持细胞生长且无明显细胞毒性，同时黏附层的微米级孔隙结构便于 EV 释放，为贴片的体内应用提供了生物相容性保障。

Figure 3：ePOWER 系统促进 EV 高效且稳定产生

该图通过一系列实验验证了 ePOWER 系统在 EV 生产中的优势。a 图展示了 EV 生产的实验装置，BV2 巨噬细胞接种于 ePOWER 贴片后接受电刺激；b 图通过 TEM 观察到，EVePOWER 与常规培养产生的 EVCommon 均呈典型杯状结构，尺寸约 200 nm，形态完整；c 图通过 NTA 定量分析证实 ePOWER 刺激显著提升 EV 浓度；d 图 Western Blot 结果显示，两种 EV 均表达 CD63、Alix、CD9 等典型 EV 标志物，表明 ePOWER 刺激未改变 EV 的核心特征；e 图数据显示，经电刺激后单个细胞的 EV 产量较对照组提升约 24 倍；f 图确定了最优电刺激参数为 5 V、20 分钟，此条件下细胞无明显损伤且 EV 产量最高；g 图 SDS-PAGE 分析表明 EVePOWER 的蛋白信号更强，提示其浓度更高；h-j 图证实 ePOWER 系统可重复稳定产生 EV，连续 4 天刺激后 EV 产量仍保持在 80% 以上；k、l 图通过蛋白质组学分析发现，EVePOWER 与 EVCommon 共享 1311 种相同蛋白，分子功能相近，进一步证明 ePOWER 产生的 EV 具备与天然 EV 一致的生物特性。

Figure 4：胞内钙内流介导 ePOWER 调控 EV 生物合成的机制

此图深入探究了 ePOWER 系统促进 EV 产生的内在分子机制。a、b 图通过钙荧光探针 Fluo-4 的检测结果显示，随着电刺激时间延长，M2 型 BV2 巨噬细胞内钙荧光强度逐渐升高，表明电刺激可诱导胞内钙内流；c、d 图通过流式细胞术验证，ePOWER 刺激引发的胞内钙水平升高与 CaCl₂处理效果相近，进一步证实钙内流的发生；e 图实验表明，单独使用 CaCl₂可显著提升 EV 产量，而加入钙螯合剂 EGTA 后，ePOWER 诱导的 EV 产量大幅下降，直接证明胞内钙活动是 ePOWER 促进 EV 产生的关键因素；f 图 TEM 观察发现，经 ePOWER 刺激的细胞内多泡体（MVB）中含有的腔内囊泡（ILV）数量显著增多，而 MVB 是 EV 产生的重要亚细胞结构，这为 ePOWER 促进 EV 释放提供了直观的形态学证据，揭示了钙信号通过调控 MVB 形成进而促进 EV 生物合成的路径。

Figure 5：EVePOWER 在体外的生物学功能验证

该图通过体外实验评估了 ePOWER 产生的 EV 在心梗修复相关过程中的功能。a 图示意了 EVCommon 与 EVePOWER 的收集方式，确保两种 EV 来自同等数量的细胞，以保证实验对比的公平性；b-d 图通过流式细胞术检测 M2 型标志物 CD206 的表达，发现 EVePOWER 能更有效地促进心梗部位巨噬细胞从 M1 型向 M2 型极化，且 M2/M1 比值显著高于 EVCommon 组，同时提升抗炎因子 IL-10 的表达，降低促炎因子 TNF-α、IL-1β 等的水平；e、f 图 Transwell 迁移实验表明，EVePOWER 处理组的 HUVEC 迁移能力显著增强；划痕实验进一步证实 EVePOWER 对内皮细胞迁移的促进作用更优；g-i 图管形成实验显示，EVePOWER 能诱导 HUVEC 形成更多、更复杂的毛细血管样结构，且该效应随时间推移（3h 至 6h）更为明显，总血管长度、血管面积占比和连接点数均优于对照组；j、k 图通过免疫荧光染色检测心肌肌钙蛋白 T 和 Aurora B 的表达，证实 EVePOWER 可显著促进心肌细胞增殖，且效果优于 EVCommon，为心梗后的心肌修复提供了功能基础。

Figure 6：ePOWER 系统在大鼠心梗模型中的治疗效果

此图呈现了 ePOWER 系统体内治疗心梗的关键实验结果。a 图展示了研究设计流程，大鼠心梗模型建立后植入 ePOWER 贴片，设置对照组、ePOWER 组、阿司匹林组及联合治疗组，每 4 天进行一次电刺激，28 天后评估治疗效果；b、c 图超声心动图结果显示，对照组大鼠左心室射血分数（LVEF）显著下降，前壁运动幅度减弱，而 ePOWER 组和阿司匹林组均有改善，联合治疗组的 LVEF 提升最为显著，心脏功能恢复最佳；d、e 图 Masson 三色染色结果表明，对照组梗死区域纤维化严重，而 ePOWER 组和阿司匹林组的梗死面积明显缩小，联合治疗组梗死面积仅约 10%，纤维化程度最低；f、g 图通过 CD31 免疫染色发现，ePOWER 组的血管新生数量显著高于对照组，联合阿司匹林治疗后血管新生进一步增强，为梗死区域的血液供应恢复提供了保障，整体实验证实 ePOWER 系统可有效改善心梗大鼠的心脏功能，缩小梗死面积，且与阿司匹林联合使用效果更佳。