Nat Commun丨李振華團隊提出液-液相分離水凝膠遞送線粒體新策略，破解線粒體移植難題，讓受損心臟“重新充能”

心血管疾病仍是全球范圍 內威脅 人類健康的首要疾病，其中，急性心肌梗死后的心肌缺血再灌注損傷（ Myocardial Ischemia-Reperfusion Injury,MIRI）是導致患者預后不良和心力衰竭的重要原因。盡管開通血管、恢復供血是搶救心梗患者的關鍵手段，但血流恢復后所引發的氧化應激、鈣離子超載和線粒體損傷，往往會進一步加重心肌細胞死亡，限制臨床 治療效果 。如何在再灌注后進一步保護心肌、恢復心臟功能，已成為心血管研究領域的重要科學問題。

線粒體作為細胞能量代謝的核心細胞器，被譽為細胞的 “ 能量工廠 ” 。近年來興起的 線粒體移植治療（ Mitochondrial Transplantation Therapy,MTT） ，通過向受損組織遞送健康線粒體， 提高 受損細胞 的 能量代謝能力，被認為是治療心肌損傷的重要前沿方向。然而，該策略在臨床轉化中仍面臨關鍵瓶頸： 離體線粒體極其脆弱，在體外遞送過程中易受到胞外高濃度鈣離子攻擊而快速失活；同時，現有傳統單相水凝膠遞送體系保護能力有限，難以兼顧線粒體活性維持、組織滯留和高效遞送等需求 。

近日， 來自南方醫科大學 第十附屬醫院李振華研究員 與 河北大學王學一副教授 團隊 在 Nature Communications 期刊上發表題為 Transplantation of active mitochondria condensed in liquid-liquid phase-separated hydrogels ameliorates myocardial ischemia-reperfusion injury 的研究成果，提出一種全新的線粒體保護與遞送策略——液-液相分離（LLPS）水凝膠線粒體移植平臺。該研究證明，通過材料微結構創新，可顯著提升線粒體移植療效，為心肌損傷修復提供了新的理論與技術 支持 。

從 “ 傳統載體 ” 到 “ 智能遞送 ” ：液 - 液相分離水凝膠帶來新突破

傳統單相水凝膠由于內部結構均 一 ，線粒體在其中呈隨機分散狀態，外界鈣離子可自由擴散進入凝膠內部，因此難以有效阻隔高 鈣環境 對線粒體造成的損傷，保護作用相對有限。針對這一關鍵瓶頸，研究團隊創新構建 了由聚乙二醇 （ PEG ）和明膠（ Gelatin ）組成的 LLPS 溫敏水凝膠體系。該材料可自發形成獨特的雙相微結構：線粒體被選擇性富集于 PEG 微區 中，外層明膠連續相則構建出天然保護屏障，從而賦予體系傳統單相水凝膠難以兼具的多重優勢（圖1）。

圖 1. LLPS 水凝膠 保持 線粒體 活性 并 促進 心肌缺血再灌注損傷 修復 。

首先，保護能力更強。明膠中的羧基能夠主動 螯合鈣 離子，在局部形成 “ 鈣緩沖層 ” ，有效降低線粒體周圍微環境中的鈣離子濃度，顯著減輕鈣超載引發的線粒體損傷。其次，線粒體活性更高。線粒體在 PEG 微區內高密度聚集，產生類似細胞內天然環境的 “ 擁擠效應 ” ，從而提升線粒體氧化磷酸化效率，增強 ATP 生成能力和整體代謝活性。最后，遞送性能更優。 研究發現，液 - 液相分離結構顯著提高了體系的溶膠 - 凝膠轉變溫度，使其在體溫條件下仍保持凝膠狀態 ，注射后可顯著增強線粒體在心肌組織中的局部滯留；與此同時，又能快速釋放活性線粒體，并被心肌細胞高效攝取，真正實現 “ 留得住、放得出、送得到 ” 。

動物實驗驗證：顯著改善心功能，促進受損心臟修復

在大鼠心肌缺血再灌注模型中，研究團隊發現，采用液 - 液相分離水凝膠遞送線粒體后，治療效果顯著優于 裸 線粒體和傳統單相水凝膠組。治療 28 天后，實驗動物左心室射血分數（ LVEF ），明顯高于對照組及傳統單相水凝膠組。與此同時，受損心肌區域纖維化顯著減少， 梗死區 心室壁厚度得到保留，局部血管新生增強，心臟結構與功能均獲得系統性修復。

為線粒體移植走向臨床提供新方案

本研究首次系統證明， 液 - 液相分離水凝膠在保護線粒體活性和提升 心肌缺血再灌注損 傷 治療效果方面顯著優于傳統單相水凝膠體系 。其核心價值在于通過材料結構設計，同時實現了線粒體保護、 高效 遞送和功能增強，為線粒體移植臨床轉化提供了可行路徑。這一成果不僅為心肌梗死及再灌注損傷治療提供了創新策略，也有望拓展至腦卒中、急性腎損傷、肝臟缺血損傷等多種 線粒體功能障礙相關 重大疾病治療領域，為細胞器治療和精準遞送材料的發展開辟新方向。

https://www.nature.com/articles/s41467-026-71765-6

制版人： 十一

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