周围神经损伤（PNI）是一种常见的神经创伤性疾病，由创伤导致周围神经功能丧失引发。其可能造成感觉、运动和自主神经功能部分或完全丧失，并引发神经性疼痛。尽管周围神经具有一定再生能力，但自然愈合过程往往难以实现功能的完全恢复。目前，自体神经移植被视为治疗严重神经缺损的金标准，然而供体来源有限、供区病损等问题严重限制了其治疗效果。因此，周围神经损伤的修复仍是一项亟待关注的重大治疗挑战。

针对周围神经损伤修复难题，华东理工大学李玉林教授与复旦大学中山医院江立波副研究员、张键合作，设计了一种导电 - 压电集成微结构导管：通过静电纺丝技术将聚乳酸 - 乙醇酸共聚物（PLGA）与聚偏氟乙烯（PVDF）制成可植入、生物可降解的压电纳米纤维膜，并进一步复合还原氧化石墨烯/甲基丙烯酸化明胶（rGO/GelMA）凝胶，协同促进周围神经修复。体外实验表明，导管表面的微沟槽结构可有效刺激细胞定向迁移；利用大鼠坐骨神经损伤模型的研究证实，rGO 能显著调节细胞氧化应激水平，进而促进神经修复；此外，低强度脉冲超声（LIPUS）诱导产生的温和电刺激可增强运动功能恢复。这些研究结果表明，rGO/GelMA@PVGA 复合导管具有多方面优势，集物理引导、氧化应激抑制和超声激活电刺激于一体，提供了一种前所未有的多模态协同策略，在周围神经损伤的临床治疗中具有巨大潜力。相关研究成果以“Stepwise Regulation of Cellular Oxidative Stress via Conductive‐Piezoelectric Integrated Microstructured Conduits for Enhanced Nerve Regeneration”为题目，发表在期刊《Advanced Science》上。

图 1. 用于靶向动态调节氧化应激及自供能的导电 - 压电集成微结构导管的制备过程示意图，及其在体内外加速神经修复中的作用。图中显示，微沟槽结构可增强细胞黏附与增殖；氧化石墨烯（GO）与甲基丙烯酸化明胶（GelMA）水凝胶被列为细胞氧化应激调节剂，而超声介导的压电激活因其在促进神经再生中的作用而备受关注。

图 2. 聚偏氟乙烯（PVDF）、聚乳酸 - 乙醇酸共聚物（PLGA）及 PVGA 纳米纤维膜的表征。A) 扫描电子显微镜（SEM）及能量色散谱（EDS）元素分布图；B) 傅里叶变换红外光谱（FTIR）图；C) X 射线衍射（XRD）图谱；D) 热重分析（TGA）曲线；E) d₃₃压电常数；F) PLGA 纳米纤维膜的压电振幅；G) PLGA 纳米纤维膜的压电相位；H) PVGA 纳米纤维膜的压电振幅；I) PVGA 纳米纤维膜的压电相位；J) PVGA 纳米纤维膜在无/有低强度脉冲超声（LIPUS）激发下的输出电压。

rGO/GelMA@PVGA 复合导管的形貌、力学及降解性能

随着 rGO 浓度的增加，凝胶内部的孔隙也随之增多，但当浓度增至 1.0 mg・mL⁻¹ 时，由于溶液颜色过深、遮光性强，水凝胶内部难以实现完全光交联，导致内部孔隙不均匀。通过 SEM 进一步分析导管的表面形貌，可见导管表面的脊和沟槽相互平行，脊宽和槽宽约为 10/15 μm，槽深约为 5 μm，导管厚度约为 90 μm（图 3A）。从截面图可观察到，凝胶与纳米纤维膜之间无明显界面，形成一体化膜结构（图 3B）。

对比图 3C 中三种材料的应力 - 应变曲线，可见其力学性能无显著差异，杨氏模量和断裂伸长率的下降幅度较小（图 3D、E）。图 3F 显示，PVGA、GelMA@PVGA 和 rGO/GelMA@PVGA 的拉伸强度分别为 1.98±0.65 MPa、2.95±0.40 MPa 和 3.58±0.51 MPa，表明添加 GelMA 和 rGO 可提高材料在静态拉伸作用下的最大断裂拉伸强度。与 PVGA 纳米纤维膜相比，表面的 rGO/GelMA@PVGA 导管膜可通过电流点亮发光二极管（LED），直观证实了 rGO/GelMA@PVGA 导管用于神经修复的导电性（图 3G、H）。

此外，通过扫描电子显微镜观察 rGO/GelMA@PVGA 导管膜在降解过程中的表面形貌变化（图 3J-M），发现浸泡 28 天后，凝胶沟槽出现缺陷，底部的 PVGA 膜暴露；56 天时，表面凝胶沟槽出现更多缺陷，脊宽显著减小，底部大部分 PVGA 纳米纤维膜暴露，表面凝胶已降解。凝胶降解可释放内部的 rGO，进而清除活性氧（ROS）。

图 3. 微图案化 rGO/GelMA@PVGA 导管膜的微观形貌：A) 表面和 B) 截面。展示了 PVGA、GelMA@PVGA 及 rGO/GelMA@PVGA 导管膜的力学性能：C) 应力 - 应变曲线、D) 拉伸模量、E) 断裂伸长率及 F) 拉伸强度。G) rGO/GelMA@PVGA 导管膜及 H) PVGA 纳米纤维膜与发光二极管（LED）的电路连接示意图。PVGA、GelMA@PVGA 及 rGO/GelMA@PVGA 导管膜的降解性能：I) 质量损失；J–M) 降解 14 天、28 天、42 天及 56 天的形貌变化。

图 4. 雪旺细胞（SCs）的黏附与增殖。A) 雪旺细胞（SCs）培养 1 天和 7 天后的活/死细胞荧光染色图；B) 雪旺细胞（SCs）培养 1-7 天的 CCK-8 检测结果；C) 雪旺细胞（SCs）在 rGO/GelMA@PVGA 膜有/无沟槽结构表面培养后的黏附情况扫描电子显微镜（SEM）图。

抗氧化压电神经导管通过减轻线粒体氧化应激抑制细胞凋亡

图 5A 显示，各组细胞经 20 ng・mL⁻¹ 肿瘤坏死因子 -α（TNF-α）刺激 24 小时后，水凝胶中不含 rGO 的组细胞氧化应激水平较高；活性氧（ROS）染色结果显示，rGO/GelMA@PVGA 组和 rGO/GelMA@PVGA+L 组的细胞内 ROS 释放量显著降低（图 5B）。流式细胞术凋亡检测进一步表明，减轻线粒体损伤和抑制氧化应激可潜在缓解损伤后的细胞凋亡（图 5C）。ROS 定量分析显示，rGO 吸附可显著降低 ROS 表达，减轻线粒体损伤（图 5D、E）。已知过量氧化应激会损伤细胞功能并触发程序性细胞死亡，图 5F 显示，与 GelMA@PVGA+L 对照组相比，rGO 修饰组的早期凋亡细胞（Q2 象限）比例显著降低。图 5G-I 显示，GelMA@PVGA+L 组和 rGO/GelMA@PVGA+L 组的抗氧化基因表达显著降低，且 rGO 修饰后相关蛋白表达也显著下调（图 5J、K）。这些结果证实，rGO 可有效降低 ROS 表达，减轻线粒体损伤。

图 5. 雪旺细胞（SCs）的氧化应激与凋亡。A) 线粒体 JC-1 染色图；B) 活性氧（ROS）染色荧光图；C) 流式细胞术检测 Q2 象限凋亡情况；D) 线粒体 JC-1 染色半定量分析；E) 总活性氧（ROS）水平半定量分析；F) 流式细胞术凋亡率定量分析。抗氧化基因表达：G) 超氧化物歧化酶 1（SOD1）、H) 超氧化物歧化酶 2（SOD2）、I) 核因子 E2 相关因子 2（NRF2）；J) 雪旺细胞（SCs）中 SOD1、SOD2 及 NRF2 的蛋白质印迹（Western blot）分析；K) 蛋白质印迹灰度值半定量分析 —— 以 β- 肌动蛋白（β-actin）为内参，SOD1、SOD2 及 NRF2 的表达谱。

抗氧化压电神经导管在体内减轻氧化应激并促进神经再生

图 6A 显示，术后 2 周损伤部位的 ROS 水平，rGO/GelMA@PVGA 组和 rGO/GelMA@PVGA+L 组（凝胶中含 rGO）均展现出显著的 ROS 清除能力，能有效减轻神经损伤后的氧化应激；但与 rGO/GelMA@PVGA 组相比，rGO/GelMA@PVGA+L 组的 ROS 清除能力未显著增强，表明低频率脉冲超声产生的电刺激联合作用不会影响氧化应激水平。术后 8 周，对神经进行神经丝蛋白 200（NF200）免疫荧光染色，通过荧光面积强度和比例评估再生程度（图 6B）。半定量结果显示，rGO 抗氧化应激联合低频率脉冲超声电刺激组的 NF200 阳性面积显著高于其他组，表明其具有强大的神经再生促进潜力（图 6C、D）。

图 6. 神经元活性氧（ROS）及再生特异性蛋白荧光染色。A) 2 周时活性氧（ROS）荧光染色图（第一行比例尺 = 500 μm，第二行比例尺 = 100 μm）；B) 8 周时神经丝蛋白 200（NF200）荧光染色图；C) 活性氧（ROS）及 D) 神经丝蛋白 200（NF200）的半定量分析。

图 7. 再生神经及靶肌肉的病理评估。A) 术后 8 周再生神经的透射电子显微镜（TEM）分析图；B) 髓鞘厚度及 C) 面积比的半定量分析；D) 术后 8 周腓肠肌的苏木精 - 伊红（H&E）染色及 Masson 三色染色图；E) 肌肉湿重比及 F) 胶原面积比的半定量分析。

抗氧化压电神经导管在体内改善运动功能

采用 CatWalk 系统评估大鼠植入后 4 周和 8 周的运动功能（图 8A）。4 周时的结果显示，rGO/GelMA@PVGA+L 组与 rGO/GelMA@PVGA 组无显著差异，但两组均优于对照组，表明 rGO 对氧化应激的调控可促进运动功能恢复（图 8B）；8 周时，这种差异更为显著，且 rGO/GelMA@PVGA+L 组手术侧（左后肢）与对照侧（右后肢）的按压深度比最接近 1（图 8C），与 rGO/GelMA@PVGA 组相比改善显著，表明添加低强度脉冲超声可通过微弱电刺激增强运动功能恢复，这一结果通过坐骨神经指数（SFI）直接证实（图 8D）。复合肌肉动作电位（CMAP）和神经传导速度（NCV）检测结果显示，rGO/GelMA@PVGA+L 组可显著促进神经肌肉功能恢复。此外，术后 8 周大鼠主要器官的苏木精 - 伊红（H&E）染色结果显示（支持信息图 S15），肺、肝、肾、脾和心脏均无显著炎症浸润，表明该复合支架在体内神经再生过程中具有良好的生物相容性，具有潜在应用价值。

图 8. 大鼠的行为学分析。A) 4 周和 8 周时，通过 CatWalk 系统检测大鼠手术侧（左后肢）的足迹强度；B、C) 4 周和 8 周时，手术侧与对照侧的足迹强度比值分析；D) 坐骨神经指数分析。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202516124