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  神經(jīng)損傷，常由創(chuàng)傷、手術(shù)及感染等因素引發(fā)，往往導(dǎo)致患者感覺(jué)與運(yùn)動(dòng)功能的喪失，嚴(yán)重影響其生活質(zhì)量。在外周神經(jīng)損傷的治療中，由于神經(jīng)再生能力有限，自體神經(jīng)移植雖仍是臨床應(yīng)對(duì)神經(jīng)缺損的金標(biāo)準(zhǔn)，但其應(yīng)用卻受限于供體神經(jīng)短缺、供區(qū)并發(fā)癥以及治療成本高昂等問(wèn)題，亟需探索更理想的替代方案。神經(jīng)引導(dǎo)導(dǎo)管（NGC）在此背景下展現(xiàn)出巨大潛力，尤其對(duì)于長(zhǎng)間隙神經(jīng)再生具有重要意義。其中，能夠結(jié)合電刺激（ES）的NGC因其能夠提供局部生物電場(chǎng)，加速髓鞘再生和軸突生長(zhǎng)，成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)的電刺激療法多依賴侵入性的設(shè)備或裝置，這不僅增加了感染風(fēng)險(xiǎn)，也限制了患者的活動(dòng)能力，從而再一定程度上阻礙了其臨床應(yīng)用。

  中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所李琳琳?qǐng)F(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)，聚偏二氟乙烯（PVDF）壓電薄膜及壓電纖維產(chǎn)生的壓電勢(shì)能夠有效誘導(dǎo)干細(xì)胞的神經(jīng)分化，充分展示出其在神經(jīng)修復(fù)領(lǐng)域具有的巨大應(yīng)用潛能（Adv. Mater. 2021, 2106317；Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1900372）。然而，PVDF在生物體內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)生物降解，這不僅會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)再生過(guò)程明顯滯后，還存在一定的生物安全性風(fēng)險(xiǎn)。為了解決這些關(guān)鍵問(wèn)題，近日，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步設(shè)計(jì)了一種基于氨基酸的可生物降解壓電神經(jīng)導(dǎo)管（圖1）。該導(dǎo)管由定向排列的β-甘氨酸（β-Gly）-聚己內(nèi)酯（PCL）復(fù)合納米纖維（PCL-β-Gly）組成，通過(guò)一步靜電紡絲工藝獲得。PCL-β-Gly在超聲或商用筋膜槍的機(jī)械刺激作用下，能夠穩(wěn)定產(chǎn)生表面壓電勢(shì)與電刺激，進(jìn)而有效促進(jìn)周圍神經(jīng)的再生。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，該壓電刺激可顯著增強(qiáng)Schwann細(xì)胞的髓鞘形成能力和神經(jīng)細(xì)胞的神經(jīng)突生長(zhǎng)，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)大鼠10 mm坐骨神經(jīng)缺損的結(jié)構(gòu)修復(fù)，使受損大鼠的運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)達(dá)99%，神經(jīng)傳導(dǎo)功能恢復(fù)96%，其修復(fù)效果效果與自體移植組相當(dāng)。

圖1 PCL-β-Gly壓電神經(jīng)引導(dǎo)導(dǎo)管及用于周圍神經(jīng)再生的示意圖

圖2 PCL-β-Gly神經(jīng)引導(dǎo)導(dǎo)管的制備工藝和形貌結(jié)構(gòu)表征

圖3 PCL-β-Gly納米纖維的結(jié)構(gòu)和壓電特性表征

  通過(guò)掃描電鏡、X射線衍射（XRD）、 傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、壓電力顯微鏡（PFM）等表征手段，證明了PCL-β-Gly神經(jīng)引導(dǎo)導(dǎo)管中β相甘氨酸的壓電特性。進(jìn)一步通過(guò)壓電納米發(fā)電機(jī)的電學(xué)輸出測(cè)試，驗(yàn)證了PCL-β-Gly納米纖維的優(yōu)異壓電性與穩(wěn)定性。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該導(dǎo)管不僅具有良好的生物相容性，且在筋膜槍振動(dòng)刺激下，壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電刺激與納米纖維的定向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)共同作用，顯著促進(jìn)Schwann細(xì)胞的髓鞘形成及神經(jīng)細(xì)胞的神經(jīng)突數(shù)量和長(zhǎng)度。在10毫米大鼠坐骨神經(jīng)缺損模型中，通過(guò)S100和NF200免疫熒光染色和甲苯胺藍(lán)髓鞘染色雙重驗(yàn)證，PCL-β-Gly導(dǎo)管在筋膜槍振動(dòng)輔助下（P-G + V），實(shí)現(xiàn)了坐骨神經(jīng)的有效修復(fù)。術(shù)后12周運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估顯示，P-G+V組腓腸肌濕重比恢復(fù)達(dá)99%，肌纖維直徑顯著提升，步態(tài)分析（SFI指數(shù)）和復(fù)合肌肉動(dòng)作電位（CMAP）恢復(fù)率達(dá)96%，效果與自體移植組相當(dāng)。

圖4 PCL-β-Gly納米纖維對(duì)Schwann細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞行為的影響

圖5 PCL-β-Gly壓電NGC用于大鼠坐骨神經(jīng)（10 mm）神經(jīng)再生

圖6 外周神經(jīng)組織再生治療后運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)的評(píng)估

  總之，該工作研發(fā)了基于β-甘氨酸的可降解壓電神經(jīng)引導(dǎo)導(dǎo)管，通過(guò)商用筋膜槍產(chǎn)生的低頻機(jī)械振動(dòng)，有效激發(fā)壓電效應(yīng)產(chǎn)生電刺激，最終成功實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)間隙神經(jīng)缺損的有效修復(fù)。這些結(jié)構(gòu)證明了該導(dǎo)管在神經(jīng)修復(fù)領(lǐng)域的巨大潛力，為外周神經(jīng)以及其它組織的損傷修復(fù)領(lǐng)域帶來(lái)了新的機(jī)遇。相關(guān)研究成果以“Biodegradable Piezoelectric Amino Acid Nerve Guidance Conduit Repairs Long-Gap Nerve Defect Under Low Frequency Vibration from Massage Gun”為題發(fā)表于Advanced Functional Materials。論文共同第一作者為中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所的碩士生陳庚琳和博士生胡全紅，通訊作者為李琳琳研究員。

  論文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202510947