电活性纳米纤维材料可以在外部刺激下传输电或产生电，激活细胞内信号通路。作为导电材料，一方面能够调节神经电活动的细胞膜的相关功能；另一方面，电刺激可改善轴突伸长和髓鞘再生。但外部电刺激可能引起继发性损伤，内源性电刺激可能是一个更好的选择。目前多数研究只限于电活性纳米纤维支架的单一/两种功能对神经细胞行为、神经再生的影响研究，而多种功能的仿生电活性纳米纤维支架对于周围神经再生的研究非常有限。
近日，南通大学袁卉华教授团队在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上，发表了最新研究成果“Aligned Electroactive Electrospun Fibrous Scaffolds for Peripheral Nerve Regeneration”。研究者首先通过稳定射流电纺丝技术制备了取向DA/PLLA超细纤维，进一步使用原位聚合技术制备出具有良好亲水性、抗氧化性、压电性、导电性和生物活性的多功能取向PPy/PDA/PLLA超细纤维材料神经组织工程支架，以期解决现有神经支架所存在的问题，并深入探究该新型多因素仿生超细纤维对周围神经缺损修复的影响与作用机制。
扫描电镜结果表明PPy能较均匀地分散在PDA/PLLA纤维表面， PPy/PDA/PLLA纤维呈取向排列。压电性能测试、LED导电测试和CV曲线结果证明了PPy/PDA/PLLA具有较强的压电性和导电性。而且，PPy/PDA/PLLA支架具有良好的亲水性。
图1：PPy/PDA/PLLA支架材料的理化性能表征。
对SCs的增殖、ROS清除能力、神经营养因子分泌、S100b蛋白表达，以及Ca2+浓度变化进行验证， PPy/PDA/PLLA能够促进SCs定向生长，并能够保护SCs免受ROS氧化损伤。qPCR结果显示与神经相关的基因S100b, MBP以及BDNF的表达上调，以及S100b蛋白表达增加，表明PPy/PDA/PLLA能促进SCs分化。检测Ca2+浓度也得到了显著的提升，进一步说明电活性材料有利于SCs增殖和分化。
图2： PPy/PDA/PLLA支架的体外细胞生物相容性。
图3： PPy/PDA/PLLA支架SCs中基因，蛋白，及Ca2+浓度表达水平。
对背根节进行Tuj1免疫荧光染色，分析神经突的平均长度。PDA/PLLA和PPy/PDA/PLLA的神经突长度更接近，分别为937.45±115.53µm和824.55±152.04µm。明显长于PLLA组(722.09±115.54µm)。结果说明，PPy/PDA/PLLA能有效促进神经突取向生长，这与SCs培养的结果相似。
图4： PPy/PDA/PLLA支架体外培养背根节。
将支架材料植入SD大鼠背部，通过HE染色和免疫荧光染色观察材料的组织相容性及炎症反应。PPy/PDA/PLLA良好的组织相容性和较弱的炎症性，表明该材料可以是一种安全的植入物。
图5：PLLA、PDA/PLLA和PPy/PDA/PLLA支架在的组织相容性和炎症反应。
通过构建SD大鼠坐骨神经10 mm缺损模型，观察4W和12W后的坐骨神经再生和运动功能恢复情况。通过步行轨迹分析（SFI），脚趾自残行为，腓肠肌湿重比和横切HE染色，和Masson染色。发现相较于PLLA和PDA/PLLA，PPy/PDA/PLLA更有利于大鼠的运动功能恢复，和自体移植更接近。
图6：大鼠运动功能恢复情况及腓肠肌的组织。
对再生神经的评估，从HE染色，免疫荧光染色Tuj1, GAP43, MBP，TEM的观察和定量发现，PPy/PDA/PLLA更有利于大鼠的神经再生，和自体移植更接近。表明PPy/PDA/PLLA在代替自体移植治疗横断坐骨神经再生方面具有潜在的价值。
图7： 神经再生的体内研究。
机理分析发现，与单一压电材料PLLA相比，PPy/PDA/PLLA可以放大压电电刺激，上调cacna1s表达，激活钙信号通路，加速神经再生。同时，在神经再生过程中，消耗能量需要更多的葡萄糖，进一步影响AMPK信号通路，上调其下游基因slc2a4的表达，促进生物发生以改善能量供应。
图8：PPy/PDA/PLLA促进周围神经再生的潜在机制。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c09237
人物简介：
袁卉华，南通大学生命科学学院，校聘教授，硕士生导师。江苏省“六大人才高峰”高层次人才，Frontiers in Bioengineering and Biotechnology副主编，Biomimetics客座编委，中国化学会高级会员，中国生物材料学会以及中国生物医学工程学会会员。主要致力于面向临床的生物医用材料的设计及制备、基于生物材料的干细胞定向分化及血管、肌肉骨骼系统等组织的再生等方面的研究。在Biomaterials, Advanced Science, Biofabrication, Acta Biomaterialia等期刊发表论文50余篇，授权国家发明专利15项。
