Adv Mater：戴红莲/喻爱喜设计多功能微凝胶导管调节长节段神经损伤的再生微环境

横断性周围神经损伤（PNI）多由意外神经离断或坏死引发，可造成神经传入或传出通路中断，进而导致感觉和/或运动功能丧失。在一级创伤中心收治的创伤患者中，周围神经损伤的发生率高达5%，且患者多处于青壮年劳动阶段，神经功能的丧失会对其工作与日常生活造成严重影响。由于神经结构与功能复杂，损伤后的修复治疗存在难度高、预后差、致残率高的特点，临床治疗至今仍是一项全球性难题，长节段神经缺损（≥30mm）的修复更是难中之难。

自体神经移植（常用腓肠感觉神经）因移植物的细胞外基质结构与细胞组分和损伤神经匹配度高，常被用于长节段神经缺损的修复。然而，该方法长期受限于供体来源不足、供区功能受损、神经瘤形成，以及用感觉神经修复运动神经时神经功能恢复有限等瓶颈问题。针对长节段周围神经损伤修复的临床需求，开发自体神经移植的有效替代方案具有重要的社会、经济与科学价值。

人工神经移植物桥接疗法是修复长节段周围神经缺损的有效策略。该疗法可稳定神经残端，富集远端神经分泌的生长因子，引导近端神经的趋化性生长并提供营养支持。但对于长节段神经缺损，单一导管难以构建适宜的神经再生微环境。一方面，长距离神经缺损部位的微环境复杂。周围神经损伤后，损伤部位及远端神经残端会伴随氧化应激、炎症反应和缺血应答。早期的氧化应激与炎症反应有助于灭菌和启动神经元表型转化，但持续过度的氧化应激与炎症反应会持续招募单核细胞，造成胶原沉积、纤维包裹及线粒体氧化损伤，进而阻碍血管新生、能量代谢与神经再生进程。

此外，氧化应激和炎症反应与沃勒变性密切相关。周围神经损伤后，受损轴突的远端会发生退行性改变，氧化应激与炎症反应在此过程中起到关键协同作用。通过破坏细胞结构、诱导细胞死亡、扰乱再生微环境，加速远端神经的变性。

针对氧化应激与炎症反应的联合干预，可能更有效地延缓沃勒变性进程，延长长节段神经再生的窗口期。移植物内的血管新生是组织存活的前提，也是生理功能重建的基础。尤其对于长距离神经缺损，神经再生需要充足且稳定的血供支持；若无法及时重建血流，移植物内部可能发生中心性或节段性缺血坏死，导致再生轴突无法跨越缺损区域或完成成熟化。

利用导管作为载体，在损伤部位实现药物缓释，是改善神经再生微环境的常用手段。但由于治疗药物功能单一、副作用显著，且血-神经屏障会严重阻碍损伤神经对药物的摄取，药物的治疗效果受限。因此，筛选兼具抗炎、抗氧化、促血管新生功能，且能自由穿透血-神经屏障的多功能分子，是解决再生微环境调控难题的关键。

图1 构建充满微凝胶的电活性神经导管，具备自适应持续释放NO和修复神经再生功能示意图（摘自 Advanced Materials ）

另一方面，长距离神经再生与精准靶向面临挑战。移植物表面的拓扑结构会显著影响细胞的黏附与迁移行为。周围神经横断损伤后的再生过程涉及多种细胞的迁移与轴突生长，需要适宜的空间结构支撑。传统空心导管在三维空间中缺乏必要的连接与支撑，难以促进神经细胞的生长与迁移，从而影响神经再生进程。可注射水凝胶因其高整合性、可模拟天然组织层级结构及原位成胶特性，在神经导管功能化方面具有一定优势。

但采用管腔内注射填充方式的神经移植物，仍面临水凝胶缺乏互联多孔结构导致细胞通透性低的问题，限制神经生长空间，阻碍细胞向远端迁移及血管新生过程。此外，周围神经的再生速度有限（人类约1mm/天），再生神经需要更长时间跨越长距离缺损区域。

当远端雪旺细胞在较长时间内（约8周）未与再生轴突建立接触时，其分泌的神经营养因子与细胞因子会减少，导致近端神经再生相关细胞的增殖与迁移能力下降，微环境变得不利于轴突生长。多项临床研究证实，电刺激（ES）对轴突再生具有治疗作用。

研究表明，电刺激可模拟轴突断裂位点产生的钙波，逆向传导至神经元胞体，进而上调脑源性神经营养因子（BDNF）及其高亲和力受体TrkB的表达。在修复部位近端施加低频电刺激，足以降低大鼠股神经中运动纤维错配再生的比例。

其作用机制可能是电刺激促进轴突再生，加速的再生进程使更多轴突更早与肌肉建立连接，促使错配的轴突发芽分支被更快修剪，或是再生能力较强的轴突能够接收更多利于精准定向再生的信号。

图2 Gel-LA-SA微凝胶制备合表征示意图（摘自 Advanced Materials  ）

基于上述分析，该研究旨在攻克长节段周围神经损伤修复的技术瓶颈。围绕重构神经再生微环境、促进长距离细胞迁移、加速轴突生长三大核心挑战，提出整合微纳结构、化学信号与电信号的再生微环境重构策略，创新性地提出“基于动态微环境调控的电活性移植物修复长距离神经缺损”的理念。在微环境调控方面，以硝酸盐为一氧化氮（NO）供体单元，以硫酮为活性氧（ROS）响应单元，通过可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT）合成NO供体聚合物（PTKNO），再经超声自组装制备PTKNO纳米粒（PTKNONPs）。

通过构建活性氧级联响应型NO释放机制，既提升了NO供体的体内稳定性，又赋予其在特定条件下响应活性氧释放NO的能力。NO具备多重生物学效应：可抑制NF-κB与TNF通路，降低炎症因子表达；激活PI3K/AKT/eNOS与cGMP/PKG/VEGF通路，促进血管新生；通过cGMP/PKG/MFN通路调控线粒体的融合与分裂，加速能量代谢恢复，从而实现对再生微环境的多效调控。在为细胞生长提供三维空间与引导神经生长方面，作者构建了填充微凝胶的电活性神经导管。通过酰胺反应，将硫辛酸与硒代硫辛酸共接枝到明胶分子链上，赋予明胶光聚合特性；利用微流控技术，结合Gel-LA-SA的温敏性与光聚合特性，制备Gel-LA-SA微凝胶。

由于二硒键的键能（167–209 kJ/mol）低于二硫键（240–270 kJ/mol），在短时光聚合过程中二硒键更易断裂，同时部分二硫键得以保留，使Gel-LA-SA微凝胶具备二次光聚合特性。利用这一特性，将微凝胶注入导管后进行二次光聚合，形成基于微凝胶的水凝胶。该水凝胶具有互联多级孔结构，既为细胞黏附与生长提供充足位点，又避免了传统水凝胶因孔结构致密导致的细胞渗透率低的问题。

此外，为赋予神经导管电活性，该研究在导管表面构建螺旋线圈。在交变磁场中，螺旋线圈内磁通量变化产生的感应电流，使导管具备电刺激功能。电刺激可通过钙调蛋白依赖性激酶II（CaMKII）影响细胞膜电位，调控ERK、CREB等转录因子活性，进而调节细胞周期进程与迁移能力，并促进神经生长因子（NGF）等神经营养因子的表达，最终加速神经再生与再连接。

通过整合活性氧响应型NO释放系统、多级孔结构水凝胶与电活性导管，构建出适用于长节段神经损伤修复的神经移植物，为攻克损伤部位局部微环境再生、促进神经再生相关细胞长距离迁移等共性难题，提供了技术支撑与理论依据。

参考消息：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202510948