Adv Mater：江南大学杨宇民等团队研究设计生物正交工程化壳聚糖平台以促进周围神经修复

周围神经损伤（PNI）是一类由创伤、疾病或手术并发症引发的常见临床病症，常导致感觉障碍、运动功能障碍，甚至永久性残疾，给患者家庭、医疗体系及社会带来沉重负担。神经损伤的治疗策略需根据损伤严重程度制定：对于伴有神经功能障碍或部分轴索损伤的轻中度损伤，保守治疗为标准方案，包括药物治疗、电刺激治疗及使用保护性修复膜等，旨在为神经自发修复创造有利微环境。

而神经断裂伤会严重破坏神经微环境稳态，引发一系列复杂的病理生理变化，其成功修复需通过结构、力学及细胞分子层面的精准协同调控，以支持轴突再生与功能恢复。目前，此类损伤的临床主要治疗手段为神经直接缝合与自体神经移植，自体神经移植被视为桥接神经缺损的“金标准”。但这些传统方法存在显著局限性，如供区并发症、免疫排斥风险，且功能恢复效果往往不尽如人意。因此，组织工程化神经修复材料已成为周围神经重建的极具潜力的替代方案。

这类先进生物材料通过整合模拟天然神经结构的仿生力学特性、精密的生化信号调控、生物电刺激及靶向免疫调节等功能，可有效重塑再生微环境，进而加速神经修复与功能恢复进程。

间充质干细胞（MSCs）在再生医学领域为多种难治性疾病（从组织损伤到神经退行性疾病）提供了极具前景的治疗策略。其在周围神经修复中的治疗潜力源于多方面的生物学功能，包括多向分化潜能、分泌多种神经营养因子（如脑源性神经营养因子（BDNF）、胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）、肝细胞生长因子（HGF））以及强效的免疫调节。

但将这种潜力转化为临床疗效的关键，在于能否将足量存活的干细胞有效递送至靶组织。传统递送方式（如全身输注或直接局部注射）常受限于损伤部位细胞滞留率低、恶劣微环境导致细胞快速凋亡及治疗效应短暂等问题。因此，开发克服这些局限性的新递送策略，对于提升MSC疗法的临床效果至关重要。近年来，神经修复生物材料领域（尤其是神经组织工程与MSC-生物材料复合系统）的研究进展，为解决直接细胞递送的缺陷提供了重要思路。

与直接注射不同，这些整合平台可提供模拟天然细胞外基质（ECM）的仿生锚定位点，保护移植MSC免受失巢凋亡影响，维持其存活能力。其核心优势在于将MSC来源的营养信号与免疫调节信号，与工程化支架的多维度支持作用协同整合。

这种协同效应通过双重策略实现：①设计具有特定生物物理线索（如拓扑结构、硬度）的支架，调控干细胞命运与功能；②整合生化策略，如通过ECM模拟肽（如精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD））进行表面功能化以增强整合素介导的黏附，或通过水凝胶包封提升细胞滞留率。

因此，下一代材料设计（如能精准模拟天然神经结构的一维纳米材料）有望提供更精准、持续且拓扑定向的生物活性信号，主动重塑再生微环境。在各类候选生物材料中，壳聚糖及其衍生物因其优异的生物相容性、生物降解性及固有生物活性而备受关注，可被制备为膜、水凝胶、多孔支架等多种形式，并能正向调控MSC的关键行为（包括黏附、增殖及免疫调节功能）。

因此，壳聚糖基材料与MSC的策略性结合，构建了具有协同作用的治疗平台，在促进周围神经再生方面具有巨大潜力。

图1 MSCs在壳聚材料上共价共轭正交调控生物行为并促进PNI神经再生示意图（摘自 Advanced Materials ）

尽管壳聚糖基材料在MSC递送方面具有显著优势，但其在周围神经修复中的应用仍面临诸多挑战。将MSC悬液直接注入壳聚糖导管的方法存在大量细胞流失，显著影响治疗效果。为弥补这一缺陷，往往需要更高的初始细胞剂量，不仅加剧了细胞供体短缺问题，还增加了过量细胞输注相关的致瘤风险。

尽管水凝胶包封或MSC预接种为提升细胞滞留率提供了潜在解决方案，但其效果受限于壳聚糖与细胞间薄弱且不稳定的界面相互作用，导致体内植入后大量细胞渗漏，削弱治疗效果。因此，迫切需要开发新型壳聚糖-MSC复合材料，在不破坏再生微环境的前提下，实现细胞的长期稳定滞留。

点击化学与生物正交化学为生物医学研究带来了革命性影响。其中，应变促进炔-叠氮环加成反应（SPAAC）可在生理条件下实现高效、特异性共价偶联，已广泛应用于活体系统的组织工程、细胞移植、成像及靶向治疗等领域。目前，利用SPAAC化学构建共价功能化MSC-材料复合物的研究，主要聚焦于提升MSC的固有治疗潜力以用于全身递送。

但在共价MSC-材料偶联与经典组织工程的交叉领域，仍存在一个尚未充分探索的前沿方向：其核心目标已从开发改良递送载体，转向构建结构与功能精密的活体组织构建体。事实上，近期研究通过将共价细胞-支架结合与靶向药物递送相结合，展现了生物正交化学在神经再生中的治疗潜力，超越了单纯的结构支撑，构建了可主动调控干细胞行为与修复微环境的整合系统。

基于此，作者推测生物正交策略在MSC与壳聚糖基材料的共价偶联中具有独特优势，有望为开发用于周围神经再生的先进壳聚糖-MSC工程化系统提供新途径。

该研究报道了一种用于MSC与壳聚糖材料共价偶联的生物正交策略，在大鼠坐骨神经损伤模型中显著促进了神经再生。该系统由二苯并环辛炔（DBCO）接枝的多孔壳聚糖支架（DBCO-壳聚糖），以及通过代谢掺入四乙酰化N-叠氮乙酰基-D-甘露糖胺（Ac4ManNAz）预标记叠氮基团的骨髓间充质干细胞（BMSCs）组成。

MSC通过SPAAC反应与壳聚糖支架实现共价偶联。多组学分析证实，与物理吸附相比，这种共价偶联可激活磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）信号通路，进而促进MSC的黏附与存活。

此外，生物正交策略可正向上调关键生物活性分子的表达，最显著的是核心调控因子HGF，同时还能增强轴突导向相关蛋白（裂缝导向配体3，Slit3）与微环境信号重塑相关蛋白（细胞通讯网络因子1，CCN1）的表达，协同促进神经修复。体外实验表明，共价偶联的MSC（点击细胞）可促进背根神经节（DRG）神经元的轴突生长、PC12细胞的神经突延伸，并增强Schwann细胞（SCs）的迁移能力。

在大鼠坐骨神经挤压模型中，该复合递送系统展现出显著的细胞滞留效果，并有效重塑了早期免疫微环境。RNA测序（RNA-seq）分析显示，生物正交策略介导的MSC治疗可加速沃勒变性（WD）、促进血管生成并重构细胞外基质（ECM），进而加速神经生长与功能恢复。

重要的是，在修复10mm坐骨神经横断损伤时，仅需使用相对少量的MSC，便实现了优异的神经修复与功能恢复效果。综上，该研究为优化壳聚糖基MSC递送系统提供了一种全新的技术策略，为神经损伤的精准治疗提供了坚实的实验依据与理论支持。

参考消息：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202523237