新型 PCL/PVA 双层神经导管：开启周围神经再生的新希望

为解决周围神经损伤修复难题，伊朗库姆医科大学研究人员开展 BDNF 负载 PCL/PVA 双层神经导管研究。结果显示该导管可促进 hDPSCs 增殖分化。此研究为神经损伤修复提供新思路，值得科研人员一读。

　　

在医学领域，周围神经损伤（PNI）是一种常见的外周神经系统疾病，它对患者的生活质量有着重大影响。想象一下，患者因为周围神经损伤，肢体的感觉和运动功能受到限制，这不仅影响了他们的日常活动，还可能给他们的心理带来沉重负担。目前，尽管在治疗周围神经缺损方面已经有了不少进展，但自体移植仍是标准治疗方法。可这一方法存在诸多弊端，就像一场 “拆东墙补西墙” 的无奈之举。手术需要从患者身体其他部位取出神经，这可能引发感染、神经瘤形成等并发症，而且合适的供体神经组织也越来越稀缺。

为了解决这些难题，来自伊朗库姆医科大学的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Heliyon》期刊上，论文题目是《Development and evaluation of BDNF-loaded PCL/PVA two-layer nerve guidance conduit with enhanced biomechanical and biological properties for peripheral nerve regeneration》 。通过一系列实验，他们发现核壳结构的 PCL/PVA 神经引导导管，能够促进人牙髓干细胞（hDPSCs）的黏附和增殖，为提高细胞存活率创造理想环境。而且，导管壁中脑源性神经营养因子（BDNF）的持续释放，还能促进细胞向施万细胞（SCs）分化。这一成果意义重大，为周围神经损伤的治疗带来了新的希望，有望改善现有治疗方法的不足。

研究人员在这项研究中，运用了多种关键技术方法。在细胞处理方面，他们从患者的第三磨牙中成功分离出 hDPSCs 并进行培养，还通过免疫表型分析和诱导分化实验，对这些细胞的特性进行了深入研究。在导管制备上，使用 3D 打印技术制作神经导管的外层，通过静电纺丝技术制备负载 BDNF 的 PVA/PCL 纳米纤维作为内层，并且对制备好的导管进行了灭菌处理。在检测分析时，运用扫描电子显微镜（SEM）、衰减全反射 - 傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）分析、拉伸测试、接触角测量等多种手段，对导管的各项性能进行了全面评估。

下面我们来详细看看研究结果：

1. hDPSCs 的表征：研究人员利用光学显微镜观察细胞形态，发现 hDPSCs 呈现出成纤维细胞样的形态。经过三次传代培养后，这些细胞形成了类似成纤维细胞的单层汇合状态。通过茜素红染色和油红 O 染色实验，分别证实了 hDPSCs 具有向成骨细胞和脂肪细胞分化的能力。再借助流式细胞术分析表面细胞标记，结果显示 hDPSCs 不表达造血和上皮干细胞标记 CD45 和 CD34，但大量表达间充质干细胞标记 CD73 和 CD90，这表明在分离的细胞群体中，超过 99% 都是 DPSCs。
2. NGC 的表征：借助 SEM 分析，研究人员发现神经导管的内层是由高度多孔且均匀的纳米级纤维垫构成，而外层则具有大孔结构，外层平均厚度为 600μm，纤维直径约 400μm，内层纤维平均直径为 444nm。这种结构特点与周围神经组织的纵向排列相契合，有利于促进轴突生长。同时，导管外层的 3D 最佳开放孔隙度，不仅方便手术缝合，还能增强营养物质的传递和血管化，为新组织的形成创造良好条件。
3. 体外药物释放和动力学建模：研究人员采用 Bradford 分析法，对不同电纺纤维框架中 BDNF 的释放情况进行了研究。结果发现，在多种电纺模型中，核壳模型对生长因子的长期释放控制效果最佳。在 14 天的实验周期内，BDNF 呈现出持续稳定的释放状态，累积释放率达到 53.52 ± 0.035% 。通过将释放数据拟合到 Korsmeyer-Peppas 模型，发现释放指数 “n” 约为 0.429，这表明 PBS 主要通过扩散作用调节 BDNF 的释放，而降解作用相对较小。这种持续释放的特性，能够有效促进轴突生长和周围神经再生。
4. ATR-FTIR 分析：通过 ATR-FTIR 分析，研究人员对 PCL、PVA 和两层结构的 NGC 进行了研究。在 NGC 的光谱中，不同的峰对应着 PVA 和 PCL 的不同基团，这不仅证实了聚合物共混物中存在化学相互作用，还表明通过分析可以确认溶剂已完全蒸发。例如，在 NGC 光谱中，1098 和处的峰代表 PVA 相，1467 和处的峰与 PVA 的 C - O 基团相对应 ，其他峰则表明 PCL 相的存在。
5. NGC 的力学分析：在拉伸测试中，研究人员对纳米纤维垫、3D 结构和两层结构的 NGC 的力学性能进行了分析。结果发现，纳米纤维在拉伸测试中表现出较弱的强度，而添加外层结构能够增强内层纤维垫的弹性。两层结构的 NGC 在断裂伸长率方面表现较高，杨氏模量值相对较低，这意味着它在承受形状变化时更具优势。通过接触角测量评估润湿性，发现内层的 PVA/PCL 核壳结构接触角为 51.8 ± 3.67°，外层的 PCL 3D 层接触角为 124.21°，这种亲水性差异对细胞的黏附、迁移和增殖有着重要影响。在体外降解实验中，将样品在 pH = 7.2 的缓冲溶液中孵育 28 天，发现由于 PVA 的溶解，样品重量在 24 小时后开始下降，但由于 PCL 外壳的保护，降解速度得到控制。28 天后，NGC 内层的核壳结构降解率仅为 5.42 ± 0.64% ，这表明该结构适合手术使用。通过间接 MTT 法进行细胞毒性研究，结果显示在整个研究期间，细胞活力始终保持在 77% 以上，这说明两层结构的导管没有释放出细胞毒性物质，能够支持细胞的黏附、增殖和分布。
6. 细胞在 NGC 中的行为：利用倒置光学显微镜和 SEM，研究人员观察了 hDPSCs 在导管内层的形态、黏附和增殖情况。结果发现，培养在纳米纤维上的 hDPSCs 能够很好地适应表面，细胞生长良好。这表明尽管 PCL 和 PVA 本身并不利于细胞附着，但导管内层的微纳米纤维结构却能够促进细胞的黏附和增殖。
7. NGC 上分化细胞的表征：通过 PCR 定量分析，研究人员检测了施万细胞特异性标记物 S100 和 MBP 的表达情况。结果显示，在诱导 14 天后，培养在导管上的 hDPSCs 成功分化为 SCs，其中 S100 的表达相比未分化的 hDPSCs 增加了 5.89 倍。
8. 免疫荧光检测：利用免疫荧光技术，研究人员对分化的间充质干细胞（hDPSCs）中施万细胞标记物的表达进行了评估。结果发现，在导管内培养 14 天后，培养的间充质干细胞对 S100 和 MBP 标记物表现出显著的免疫反应，而未分化的施万细胞则没有免疫反应。这进一步证实了 hDPSCs 能够分化为表达施万细胞标记物的细胞。同时，通过细胞核染色和 SC 特异性抗体标记发现，存在未分化的干细胞，并且 hDPSCs 向施万样细胞的分化存在异质性。

综合以上研究，研究人员成功制备出了一种具有仿生和地形特征的两层神经导管。这种导管由 FDA 批准的生物材料 PCL 和 PVA 制成，通过 3D 打印和静电纺丝技术构建而成。它不仅具有良好的力学性能，能够为组织再生提供稳定的支撑，还能通过持续释放 BDNF，促进 hDPSCs 的黏附、增殖和向 SCs 的分化。这一研究成果为周围神经损伤的治疗提供了新的策略和方向，有望在未来的临床治疗中发挥重要作用，帮助众多周围神经损伤患者重获健康。