具有结构和物理适应性的热响应形状记忆生物材料，用于实现无疤痕的个性化神经修复

《Materials Today Bio》：Thermo-Responsive Shape Memory Biomaterials with Structural and Physical Adaptivity for Scarless Personalized Nerve Repair

神经引导管开发与性能优化研究。采用PLMC/SF-rGO多通道热响应形状记忆材料，通过电纺技术制备具有轴向纤维排列和可编程形变特性的纳米纤维膜，结合石墨烯氧化物（rGO）增强导电性和生物活性。在体实验显示该导管促进轴突再生（NF200标记物增强）、减少瘢痕形成（Masson染色显示胶原沉积降低23%）和功能恢复（SFI指数达-36.5，接近自体移植水平）。相较于传统导管，其热响应形变能力（40℃下10秒恢复管状结构）解决了尺寸适配问题，并通过协同效应提升细胞迁移（Transwell实验显示迁移率提高18%）和分化效率（PC12细胞轴突长度增加32%）。该技术为个性化神经修复提供了新方案。

　　在现代医学中，周围神经损伤（PNI）是一个常见的临床问题，影响着大量患者的生活质量。随着医学技术的进步，传统自体神经移植虽然在临床上仍被认为是治疗较大神经缺损的标准方法，但其局限性也日益显现。自体神经移植虽然能够提供良好的神经再生环境，但其需要牺牲健康的神经组织，可能引发供体部位的并发症，如持续的异常感觉、麻木感甚至神经性疼痛。此外，由于自体神经移植的供体来源有限，其在某些情况下难以满足临床需求。因此，寻找一种能够替代自体神经移植、具有高度生物相容性且可个性化定制的神经导管（NGC）材料，成为神经修复领域的重要研究方向。

近年来，神经导管技术逐渐成为一种有希望的替代方案，旨在通过特定的物理和化学信号引导轴突再生，同时促进雪旺细胞的增殖与分化。然而，目前市面上的神经导管往往存在尺寸和结构不匹配的问题，这在一定程度上限制了其在临床中的应用效果。如果导管尺寸过大，可能会降低神经再生的效率，甚至促进纤维化组织的过度增生；而如果导管尺寸过小，则可能导致神经在修复过程中发生弯曲或缺血性压缩，从而影响再生效果。因此，如何设计一种能够实现个性化匹配、具有结构和物理适应性、并能够有效促进神经再生的新型导管，成为科研人员关注的焦点。

本研究提出了一种基于热响应形状记忆聚合物（SMP）的多通道神经导管，由聚（乳酸-三甲基碳酸酯共聚物）（PLMC）、蚕丝蛋白（SF）和还原氧化石墨烯（rGO）组成。该导管具有独特的热响应特性，能够在特定温度下实现形状记忆效应，从而在手术过程中实现对神经缺损部位的精准匹配。具体而言，该导管在高温下被预塑形，随后在低温环境下展开为平面结构，最终在人体体温下恢复其原始形态，从而实现对神经的无张力包裹，确保神经与导管之间的良好对接。这种特性不仅提高了导管的适应性，还有效减少了由于尺寸不匹配而导致的并发症。

PLMC作为一种可生物降解的形状记忆聚合物，其热响应性使其在神经修复领域具有广阔的应用前景。PLMC由FDA批准的聚乳酸（PLA）和聚三甲基碳酸酯（PTMC）组成，具有良好的生物相容性、机械性能以及可调控的降解速率。通过将其与SF和rGO结合，研究人员进一步提升了导管的性能。SF是一种天然生物聚合物，具有优异的机械强度、良好的生物相容性以及可调控的降解特性，使其成为神经导管材料的理想选择。而rGO作为一种具有优异导电性能的纳米材料，能够通过电导性促进神经细胞的信号传递，从而加速轴突的延伸和再生过程。此外，rGO的表面特性还能够增强导管的生物活性，为神经细胞提供更适宜的生长环境。

在导管的制备过程中，研究人员采用静电纺丝技术，将PLMC、SF和GO纤维材料进行复合，随后通过L-抗坏血酸将GO还原为rGO，从而实现导管的导电性能。静电纺丝技术能够生成具有定向排列的纳米纤维结构，为神经细胞的生长提供拓扑学引导信号。这种结构不仅有助于神经细胞的定向迁移和延伸，还能够模仿天然神经组织的多通道结构，为轴突再生提供更加接近生理环境的支架。此外，导管的多通道设计有助于维持神经的完整性，避免因单一通道结构导致的神经塌陷或弯曲。

为了验证导管的性能，研究人员进行了多项体外和体内实验。在体外实验中，通过CCK-8试剂盒评估了不同浓度rGO对雪旺细胞（RSC96）和神经细胞（PC12）的增殖和存活率。结果显示，0.5%的rGO浓度能够显著促进细胞的增殖和迁移，同时不会对细胞造成毒性作用。进一步的荧光染色实验表明，PLMC/SF-rGO导管能够有效引导细胞的形态变化，促进细胞骨架的形成，并显著增强雪旺细胞的分化能力。这些结果表明，该导管不仅具有良好的生物相容性，还能够通过其导电性和表面特性，为神经细胞提供必要的生长信号。

在体内实验中，研究人员使用大鼠模型评估了PLMC/SF-rGO导管在修复10毫米长的坐骨神经缺损方面的效果。实验结果表明，PLMC/SF-rGO导管在功能恢复、肌肉萎缩程度和纤维化水平等方面均优于传统的PLMC/SF导管。在术后6周和12周的评估中，PLMC/SF-rGO组的坐骨神经功能指数（SFI）显著优于PLMC/SF组，表明其在促进神经再生方面具有明显优势。同时，电生理分析（EMG）和肌电图信号记录也显示，PLMC/SF-rGO组的神经传导速度和信号幅度接近自体神经移植组，进一步验证了其在神经修复中的有效性。

在组织学分析方面，研究人员对再生神经的结构进行了详细观察。通过苏木精-伊红染色（H&E）和免疫荧光染色（如S100β和NF200），发现PLMC/SF-rGO导管能够显著促进轴突的再生和髓鞘的形成。在术后6周和12周，PLMC/SF-rGO组的髓鞘厚度和轴突直径均显著高于PLMC/SF组，接近自体神经移植的效果。此外，对腓肠肌的评估也显示，PLMC/SF-rGO组的肌肉重量比明显优于PLMC/SF组，表明其在减少肌肉萎缩和促进神经功能恢复方面具有显著优势。

本研究的导管设计不仅解决了传统导管在尺寸匹配方面的不足，还通过其独特的热响应性和多通道结构，实现了对神经修复过程的动态调控。与传统的3D打印导管相比，该导管的制备过程更加简便，且能够在手术过程中快速适应神经缺损的大小和形状，避免了对大量不同尺寸导管的依赖。此外，其结构的稳定性、生物降解性以及良好的细胞相容性，使其在长期使用中能够为神经细胞提供持续的支持，同时避免了不必要的异物反应。

在临床应用方面，该导管系统提供了一种更加个性化和微创的神经修复方案。其热响应特性使得手术过程更加高效，减少了对神经组织的机械损伤，同时避免了因导管尺寸不匹配导致的并发症。此外，导管的多通道设计有助于维持神经的完整性，促进轴突的有序再生，提高神经修复的成功率。由于其良好的生物相容性和可降解性，该导管能够在神经再生完成后逐渐被人体吸收，避免了二次手术的需要。

本研究的成果为周围神经损伤的治疗提供了新的思路。通过结合形状记忆聚合物、蚕丝蛋白和还原氧化石墨烯的优势，研究人员成功开发出一种具有高度适应性和生物活性的神经导管，能够在不同神经缺损情况下实现精准匹配。这种导管不仅能够促进神经的再生和修复，还能够显著减少手术创伤和术后并发症，为患者提供更安全、更有效的治疗方案。未来，随着研究的深入，该导管还有望通过进一步的功能化（如生长因子的负载）来优化其在更大动物模型中的应用效果，从而推动其在临床中的转化与应用。