NRR:中国北京大学王艳华团队和宁波六院王欣团队报道一种新型载药多功能神经导管PLGA/CNT-PDA-NT3用于促进损伤周围神经再生
周围神经损伤(Peripheral nerve injury)是常见的临床问题,全球每年约有100万人受其影响[1],可能导致慢性疼痛和功能障碍,严重影响患者生活质量并带来巨大社会经济负担。其修复过程复杂,涉及神经再生、轴突导向及髓鞘形成等多个环节[2]。目前,小范围神经缺损多采用神经端端吻合术,大范围缺损则以自体神经移植为主,但供体受限、供区损伤等问题亟需更优解决方案[3]。近年来,组织工程技术为神经修复带来新希望。静电纺丝微纤维可模拟细胞外基质,通过拓扑引导促进许旺细胞迁移和轴突生长,尤其是单轴取向的聚己内酯微纤维已被证实有良好神经导向作用[4,5]。此外,神经组织具备电生理特性,导电材料在修复中发挥关键作用。碳纳米管因其优异的导电性和结构特性,在促进神经信号传导方面表现出潜力[6,7]。然而仍面临挑战,如静电纺丝使用有机溶剂可能损害蛋白活性,影响载药效果。同时,重塑神经再生微环境是修复成功的关键。神经营养因子-3(NT3)能促进轴突再生和髓鞘形成,但其持续可控释放仍是难点。
近期,中国北京大学王艳华团队和宁波六院王欣团队在《中国神经再生研究(英文)》(Neural Regeneration Research)发表的研究拟构建兼具导电性、拓扑引导和NT3缓释功能的复合支架,以期为周围神经损伤修复提供创新方案,不仅加深对再生机制的理解,也为组织工程材料的临床转化提供理论基础和技术支持。创新性地开发通过静电纺丝技术了一种具有活性氧清除、免疫调节和电刺激多功能的神经导管,该导管具有取向结构和电活性。并采用贻贝启发的聚多巴胺涂层结合神经营养因子3(NT3)进行修饰。实验证实该神经支架具有良好的细胞相容性、活性氧清除能力和免疫调节功能,能够持续释放NT3支持神经再生全过程,促进了神经再生和功能恢复。这项研究揭示了聚多巴胺修饰的多功能电活性神经导管在周围神经损伤修复中的重要作用,为开发新型神经再生治疗策略提供了重要依据。王艳华、李明、王欣教授为通讯作者。#br#
研究团队通过静电纺丝技术制得一种新型PLGA/CNT-PDA-NT3神经导管,并通过一系列试验验证其物理性能。试验结果表明该神经导管具有规则的取向性纤维、良好的力学性能、降解性、亲水性和导电性,并有效实现NT3蛋白因子的负载和缓释。#br#
作为一类胶质细胞,许旺细胞在周围神经损伤的再生与修复中发挥关键作用[8],因此研究团队通过体外实验评估了许旺细胞的增殖、迁移及功能表达。结果显示该支架可有效促进许旺细胞黏附、生长和增殖,提示静电纺丝支架的取向结构、PDA涂层赋予的亲水性及NT3释放共同促进了许旺细胞的黏附与生长。PLGA/CNT-PDA-NT3纤维支架显著上调了许旺细胞中S100、NGF和BDNF的表达 (P<0.05)。其中,S100是许旺细胞的特异性标志物,表明该材料可通过诱导NGF、BDNF表达促进髓鞘形成。#br#
PC12细胞因其具有成熟多巴胺能神经元特性而被广泛用于神经生物学研究。实验研究了不同神经导管对PC12细胞的影响。细胞骨架染色结果显示对照组PC12细胞排列杂乱无序,而PLGA/CNT和PLGA/CNT-PDA组细胞呈现更规则的排列模式。研究结果表明PLGA/CNT-PDA-NT3组同时展现出最佳的轴突生长、荧光强度和细胞排列。PLGA/CNT-PDA-NT3通过提高NF200、GAP43和Tubb3基因的表达水平促进神经细胞生长。#br#
在组织损伤修复过程中,巨噬细胞通过释放活性氧(ROS)和抵御细菌入侵在诱导炎症中起关键作用,但强烈的炎症刺激阻碍神经再生[9,10]。因此研究者探究了支架的ROS清除能力和巨噬细胞表型诱导作用。测试结果显示,PLGA/CNT-PDA-NT3表现出显著的抗氧化能力,有助于RSC96、PC12和RAW264.7细胞存活。巨噬细胞体外实验显示PLGA/CNT-PDA-NT3诱导巨噬细胞M2型转变,从而降低炎症反应。#br#
材料的安全性通过体内生物相容性实验进行评估。动物皮下埋置材料后伤口组织的HE染色显示,与PLGA/CNT组相比,PLGA/CNT-PDA和PLGA/CNT-PDA-NT3组炎症反应减轻,愈合效果增强。TNF-α和IL-6的免疫荧光染色及分析表明,所有组的炎症因子水平随时间逐渐降低,且在第3,7,14天呈现明显的下降趋势。其中,PLGA/CNT-PDA-NT3组的炎症反应最轻微。#br#
为进一步确定纤维支架对周围神经损伤修复的影响,研究人员开展了动物模型体内实验。结果显示,PLGA/CNT-PDA-NT3组的大鼠功能恢复最接近自体移植组,坐骨神经功能指数(SFI)及腓肠肌电生理结果同样提示这一结果。腓肠肌形态是神经再生的重要指标,术后12周观察发现,PLGA/CNT-PDA-NT3组肌腓肠肌湿重显著高于PLGA/CNT-PDA和PLGA/CNT组,肌肉萎缩程度轻。大鼠术后第2周的组织免疫荧光染色结果显示,PLGA/CNT-PDA-NT3组的M2/M1比值显著高于PLGA/CNT和PLGA/CNT-PDA组(P<0.01),表明该支架能有效促进巨噬细胞向M2型转化。同时,PLGA/CNT-PDA-NT3组的TNF-α和IL-6水平最低,证明PLGA/CNT-PDA-NT3能调控巨噬细胞表型转化,降低促炎因子表达,抑制过度炎症反应,从而促进神经再生。
术后12周,对再生神经切片进行NF200和S100免疫荧光染色和髓鞘再生情况评估。荧光强度分析表明,PLGA/CNT-PDA-NT3组的S100、NF200表达显著高于PLGA/CNT-PDA和PLGA/CNT组(P<0.01),接近自体移植组水平。甲苯胺蓝染色观察结果显示PLGA/CNT-PDA-NT3组和自体移植组具有更多髓鞘化轴突和典型的蓝色环状髓鞘结构,切面轴突直径及髓鞘厚度测量显示,PLGA/CNT-PDA-NT3组接近自体移植组结果。
总之,该研究成功开发了一种多功能PLGA/CNT-PDA-NT3纤维支架。该支架具有明确的取向结构、电活性、高效载药和缓释能力、抗氧化特性以及免疫调节潜力。体外和体内评估表明,PLGA/CNT-PDA-NT3支架通过刺激许旺细胞增殖、营养因子分泌、神经元分化、抗炎反应以及巨噬细胞表型从M1向M2的转化等多种机制,有效促进神经再生。研究证实,PLGA/CNT-PDA-NT3支架是组织工程中理想的神经导管,在治疗周围神经损伤(PNI)方面具有重要应用前景。
该研究也存在一些局限性。首先,缺乏长期评估和大动物模型验证,难以确保神经导管的长期有效性。其次,尽管静电纺丝技术具有形态可控、高比表面积和多功能性等优势,但在大规模生产、一致性和可扩展性方面面临挑战。此外,一些材料的生物性能与CNTs相当甚至更优,例如氧化石墨烯(GO)具有高比表面积、优异的导热性、导电性和更大的生物分子吸收能力。理想的情况下可以采用更具代表性的实验动物,并探索更深入的神经再生分子机制,如PDA和内源性电活动介导免疫调节和促进神经再生的途径。此外,在材料方面仍有许多方向值得探索,未来可以进一步研究多功能、高安全性和成本效益的材料。
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