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西南交大魯雄/中國海大韓璐/北京基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所江小霞等Nano Today：導(dǎo)電粘附水凝膠調(diào)控創(chuàng)傷性腦損傷后的神經(jīng)炎癥與神經(jīng)功能
2023-07-23  來源：高分子科技

  創(chuàng)傷性腦損傷（Traumatic brain injury, TBI）具有病情急、變化快、病死率高、致殘率高、預(yù)后差等特點，嚴(yán)重危害人類生命健康。由機械損傷造成的原發(fā)性損傷易誘發(fā)包括氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥、細胞凋亡、神經(jīng)退化等繼發(fā)性損傷，進而導(dǎo)致腦神經(jīng)功能障礙。此外，TBI會導(dǎo)致腦組織細胞外基質(zhì)的缺失，由于缺少物理支撐，神經(jīng)元無法浸入病灶部位，進而誘發(fā)腦腫脹/萎縮并加重疾病進展。目前腦損傷的臨床治療大多使用阿司匹林等非甾體類抗炎藥物或者激素類藥物以減輕炎癥反應(yīng)，但由于毒副作用大，不適于長期服用。鑒于其復(fù)雜的發(fā)病機制及病理特征， TBI有效的臨床治療仍是難題。因此，亟需開發(fā)一種新的治療策略以防止腦損傷后的二次傷害，并加速腦神經(jīng)再生。


  針對以上問題，西南交通大學(xué)魯雄教授、中國海洋大學(xué)韓璐教授以及北京基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所江小霞副研究員合作提出了利用導(dǎo)電粘附水凝膠（PPCNW@dGel）介導(dǎo)治療TBI的策略。該水凝膠以明膠（dGel）為主體，在其中復(fù)合了聚多巴胺（PDA）介導(dǎo)疏水導(dǎo)電高分子PEDOT原位沉積的導(dǎo)電纖維素納米晶（PPCNW）。通過調(diào)整明膠分子鏈的交聯(lián)程度和導(dǎo)電PPCNW比例，使得水凝膠具有具有良好的柔軟性及與腦組織相匹配的模量；PPCNW中的PEDOT與PDA形成了氧化還原對，賦予水凝膠濕組織粘附性，使其能夠在植入損傷區(qū)域后穩(wěn)定地粘附在具有復(fù)雜拓撲結(jié)構(gòu)的腦組織，且不會對腦組織造成額外的壓力。同時，該水凝膠還可以在損傷部位提供必要的機械支撐，以促進細胞的浸入和生長，并預(yù)防腦腫脹/萎縮。PPCNW@dGel水凝膠可以清除活性氮/氧并抑制炎癥相關(guān)信號通路，從而保護神經(jīng)元免受二次傷害。此外，該水凝膠良好的導(dǎo)電性為神經(jīng)元的生長提供了適宜的物理微環(huán)境，抑制TBI對海馬體的損傷，最終有利于TBI后神經(jīng)功能的恢復(fù)。


 圖1. 導(dǎo)電粘附PPCNW@dGel水凝膠的制備過程及其用于TBI修復(fù)的示意圖。PPCNW@dGel水凝膠是通過將導(dǎo)電PPCNW引入明膠基水凝膠網(wǎng)絡(luò)中制備得到的。TBI后，該水凝膠可以粘附在腦部創(chuàng)傷區(qū)域，預(yù)防腦腫脹/萎縮，并長效調(diào)控神經(jīng)炎癥及神經(jīng)再生。 


圖2. PPCNW@dGel水凝膠的物化表征。PPCNW@dGel水凝膠具有良好的氧化還原活性、導(dǎo)電性、組織粘附性及與腦組織相匹配的模量。 


圖3. PPCNW@dGel水凝膠的體外抗氧化、抗炎性能評價。PPCNW@dGel水凝膠可以保護HT22神經(jīng)元細胞免受過多的活性氧傷害，并抑制BV2小膠質(zhì)細胞中促炎因子的表達水平。 


圖4. PPCNW@dGel水凝膠在電刺激下促進HT22神經(jīng)元細胞增殖、鋪展及分化。 


圖5. PPCNW@dGel水凝膠體內(nèi)抗炎性能評價。采用控制性皮質(zhì)撞擊方法建立小鼠TBI模型。PPCNW@dGel水凝膠可以有效預(yù)防腦腫脹/萎縮，并抑制腦組織中星形膠質(zhì)細胞與小膠質(zhì)細胞的活化，從而降低促炎因子的表達水平。 


圖6. PPCNW@dGel水凝膠抑制神經(jīng)炎癥的信號通路分析。通過轉(zhuǎn)錄組測序及相關(guān)驗證實驗結(jié)果證明，PPCNW@dGel水凝膠可以有效下調(diào)TLR4-NF-κB通路中相關(guān)蛋白的表達，從而抑制神經(jīng)炎癥。 


圖7. PPCNW@dGel水凝膠促進體內(nèi)神經(jīng)再生及功能恢復(fù)。PPCNW@dGel水凝膠可以保護海馬體神經(jīng)元并促進其再生，進而提高TBI小鼠的記憶、認知及學(xué)習(xí)能力。


  該研究成果以“Adhesive and conductive hydrogel-based therapy simultaneously targeting neuroinflammation and neurofunctional damage after brain injury”為題發(fā)表于Nano Today（DOI: 10.1016/j.nantod.2023.101934）。西南交通大學(xué)閆力維博士、北京基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所趙長銘碩士與王妍副研究員為論文共同第一作者，西南交通大學(xué)魯雄教授、中國海洋大學(xué)韓璐教授以及北京基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所江小霞副研究員為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金等項目支持。


  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1748013223001834

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