面神經(jīng)損傷（FNI）仍是臨床重大挑戰(zhàn)，常導(dǎo)致嚴(yán)重功能障礙及社會負(fù)擔(dān)。施萬細(xì)胞在神經(jīng)修復(fù)中起關(guān)鍵作用，但其再生能力受到損傷部位缺氧微環(huán)境的限制。為此，他們開發(fā)了光響應(yīng)性小球藻水凝膠（C-Gel），可在光照下控制釋氧，并探究其治療機(jī)制。體外實(shí)驗(yàn)表明，光照下的C-Gel顯著促進(jìn)RSC96施萬細(xì)胞的增殖、遷移及分泌功能，同時(shí)降低活性氧（ROS）、缺氧誘導(dǎo)因子-1α（HIF-1α）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和白介素-6（IL-6）水平。此外，C-Gel調(diào)控巨噬細(xì)胞極化，促使其由促炎性M1表型（iNOS與TNF-α高表達(dá)）向抗炎性M2表型（Arg-1與IL-10表達(dá)增加）轉(zhuǎn)化。M2條件培養(yǎng)基進(jìn)一步誘導(dǎo)施萬細(xì)胞分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子（NGF、GDNF）、黏附分子（NCAM-1）、再生相關(guān)蛋白（C-JUN）及髓鞘相關(guān)蛋白如髓鞘堿性蛋白（MBP）和髓鞘相關(guān)糖蛋白（MAG）。在面神經(jīng)擠壓傷模型中，C-Gel光照治療顯著改善FNI行為學(xué)評分，并通過降低ROS、HIF-1α與TNF-α水平減輕炎癥反應(yīng)。更重要的是，C-Gel促進(jìn)施萬細(xì)胞介導(dǎo)的髓鞘重塑，S100與NF200蛋白活化證實(shí)此過程。RNA測序揭示C-Gel光照上調(diào)PI3K-Akt和Ca2?信號通路。本研究提出了一種整合氧調(diào)控與免疫調(diào)節(jié)的新型生物材料策略，為推進(jìn)面神經(jīng)損傷修復(fù)治療提供了新見解。
面神經(jīng)（第七對腦神經(jīng)）是最關(guān)鍵的腦神經(jīng)之一，包含運(yùn)動神經(jīng)、感覺神經(jīng)及副交感神經(jīng)纖維。由于其解剖路徑長且分布表淺，該神經(jīng)極易因手術(shù)、創(chuàng)傷、感染及腫瘤受損。面神經(jīng)損傷（FNI）常導(dǎo)致面癱，引發(fā)顯著容貌缺陷與心理困擾，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。其獨(dú)特的解剖特征與病理生理機(jī)制使FNI修復(fù)更為復(fù)雜，治療難度遠(yuǎn)超其他腦神經(jīng)損傷。
鑒于氧調(diào)控對施萬細(xì)胞（SCs）功能與巨噬細(xì)胞極化的關(guān)鍵作用，作者提出：一種光響應(yīng)性釋氧生物材料或可為FNI修復(fù)提供創(chuàng)新解決方案。本研究開發(fā)的光響應(yīng)性C-Gel水凝膠能實(shí)現(xiàn)時(shí)空可控供氧。通過整合體外體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)評估了C-Gel對施萬細(xì)胞增殖、遷移、神經(jīng)營養(yǎng)分泌及巨噬細(xì)胞極化的影響。進(jìn)一步利用大鼠面神經(jīng)擠壓傷模型證實(shí)，C-Gel可加速神經(jīng)功能恢復(fù)，并通過RNA測序闡明其分子機(jī)制。本研究提出的新型生物材料策略，通過協(xié)同氧調(diào)控與免疫調(diào)節(jié)應(yīng)對FNI修復(fù)挑戰(zhàn)，不僅深化了巨噬細(xì)胞-施萬細(xì)胞互作機(jī)制認(rèn)知，更為其他缺氧相關(guān)疾病提供了具潛力的治療策略。研究設(shè)計(jì)示意圖如下（Scheme 1）。
Scheme 1
1、C-Gel增殖與表征
小球藻在BG-11液體培養(yǎng)基與C-Gel中持續(xù)增殖17天（圖1A）。第5、9天時(shí)，BG-11懸液（綠箭頭）與C-Gel（粉箭頭）中的藻細(xì)胞均處于增殖期（圖1A）。第13-17天，液態(tài)/水凝膠體系中的藻細(xì)胞體積增大，色素體偏向分布（紅箭頭），此現(xiàn)象歸因于代謝產(chǎn)物積累與營養(yǎng)耗竭引發(fā)的細(xì)胞衰老。值得注意的是，C-Gel組藻細(xì)胞密度（第5、9、13、17天粉箭頭）顯著高于BG-11組（圖1B,1D）。C-Gel通過固定化封裝藻細(xì)胞于凝膠基質(zhì)（圖1F），增強(qiáng)光照吸收與營養(yǎng)傳輸。掃描電鏡證實(shí)C-Gel促進(jìn)細(xì)胞黏附、營養(yǎng)輸送及代謝廢物清除，為藻細(xì)胞提供最優(yōu)生長環(huán)境。
C-Gel釋氧性能系統(tǒng)評估顯示：在5×10? cells/mL藻密度下，660nm光照（2000 lx）4小時(shí)后達(dá)最高產(chǎn)氧率（16.773±0.472 mg/L）（圖1E）。該材料具快速光響應(yīng)性：同等藻密度下，30分鐘光/暗循環(huán)即刻觸發(fā)釋氧（圖1G）。連續(xù)光照8天仍維持穩(wěn)定釋氧（圖1I），證實(shí)其持續(xù)光合活性。產(chǎn)氧速率可通過光照參數(shù)精準(zhǔn)調(diào)控[24]，與前期研究一致[21,25]。降解實(shí)驗(yàn)表明C-Gel于8日內(nèi)逐漸崩解，14天后降解率＞80%（圖1C,1H），其可控降解特性與光響應(yīng)釋氧能力，完美適配需時(shí)序調(diào)控功能的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
流變學(xué)表征驗(yàn)證C-Gel結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性：頻率掃描（0.1-50 Hz, 1%應(yīng)變）顯示儲能模量（G′）始終高于損耗模量（G″），證實(shí)凝膠以彈性主導(dǎo)（圖1J）。相較于純海藻酸鹽水凝膠（Gel），摻入小球藻使G′微升，源于分子鏈纏結(jié)增強(qiáng)與聚合物網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)化[26]。應(yīng)變掃描確定~10%臨界應(yīng)變點(diǎn)，超此值將引發(fā)不可逆結(jié)構(gòu)破壞（圖1K）。綜上流變特性彰顯C-Gel在生理應(yīng)力下的卓越穩(wěn)定性。該材料集光控釋氧、可調(diào)降解與機(jī)械耐久性于一體，為神經(jīng)組織修復(fù)中的缺氧難題提供精準(zhǔn)解決方案。
圖1
2、面神經(jīng)損傷（FNI）模型構(gòu)建流程包括左側(cè)神經(jīng)分離、鉗夾及C-Gel注射（圖2A）。光療組通過660nm光照（2000 lx，12小時(shí)/天）激活C-Gel釋氧。實(shí)時(shí)溶氧監(jiān)測證實(shí)光照8天持續(xù)維持>13.763±0.671 mg/L氧濃度（圖1G,I）。該波長特異性氧調(diào)控機(jī)制此前已在縮小心肌梗死范圍、促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞凋亡及加速糖尿病創(chuàng)面愈合中得到驗(yàn)證。行為學(xué)評分確認(rèn)模型構(gòu)建成功（圖2C）：術(shù)后FNI模型大鼠出現(xiàn)左側(cè)面癱特征，表現(xiàn)為瞼裂閉合延遲、觸須運(yùn)動減弱及鼻尖向右偏斜（圖2A），評分升至5分（對照組為0分）。第5-14天，C-Gel光療組行為學(xué)評分顯著優(yōu)于FNI組與暗處理組，證實(shí)光控釋氧促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)（圖2C）。第14天組織學(xué)顯示：光療組神經(jīng)結(jié)構(gòu)保存最完整，軸突完整性優(yōu)于FNI組與暗處理組（圖2D）。對照組神經(jīng)纖維排列規(guī)整（圖2E），F(xiàn)NI組出現(xiàn)髓鞘崩解（藍(lán)箭頭）及空泡變性（紅箭頭），暗處理組存在髓鞘溶解（藍(lán)箭頭）與無髓鞘軸突（紅箭頭）。光療組雖部分軸輕微萎縮（紅箭頭），但纖維密度增高、髓鞘增厚且分布均勻（圖2E）。
圖2
本研究成功開發(fā)出具有優(yōu)異生物相容性的光響應(yīng)性釋氧C-Gel水凝膠。該材料顯著提升施萬細(xì)胞（SCs）增殖能力與神經(jīng)營養(yǎng)分泌功能，并有效調(diào)控巨噬細(xì)胞向M2型極化。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，C-Gel能促進(jìn)面神經(jīng)損傷（FNI）修復(fù)，并通過圖示（Scheme 2）揭示其潛在分子機(jī)制。該策略為增強(qiáng)面神經(jīng)損傷修復(fù)與再生提供了前景廣闊的新途徑。
Scheme 2
研究獲本研究得到四川省科技廳研究與發(fā)展計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（2022YFSY0046）、中央高；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（wgh2682023ZTPY065）和四川省中醫(yī)藥管理局項(xiàng)目（2020JC0127）的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adhm.202501123
魏桂花團(tuán)隊(duì)簡介：
魏桂花老師團(tuán)隊(duì)主要靶向于神經(jīng)病理性疼痛的治療和神經(jīng)損傷的修復(fù)，包括但不限于：
1.基于壓電材料產(chǎn)生的電刺激對神經(jīng)損傷修復(fù)、緩解神經(jīng)病理性疼痛的作用及機(jī)制研究
2.基于生物信息學(xué)及體內(nèi)實(shí)驗(yàn)探究中藥復(fù)方緩解神經(jīng)病理性疼痛的作用及機(jī)制
3.基于微藻可控產(chǎn)氧策略改善缺氧微環(huán)境促進(jìn)神經(jīng)損傷修復(fù)的作用及機(jī)制研究
