电化学协同生物可降解支架促进大段周围神经缺损再生的机制与疗效研究

为解决大段周围神经缺损(PNI)修复中自体/异体移植受限及功能恢复不足的问题，研究人员开发了负载4-氨基吡啶(4-AP)的离子导电性(IC)壳聚糖神经导管(NGCs)，结合经皮电刺激(ES)，通过激活Trk受体/PI3K-Akt/MAPK通路显著增强雪旺细胞活性、神经轴突生长及髓鞘形成，为临床神经修复提供创新策略。

　　

周围神经损伤是临床常见难题，尤其是超过4厘米的大段缺损，传统自体移植面临供体有限、免疫排斥等问题。尽管已有神经导管(NGCs)如Neurotube?等获批用于小段缺损修复，但其导电性差、生物活性不足等缺陷限制了疗效。更棘手的是，现有技术难以实现神经营养因子的长效递送和精准电刺激协同干预。这些瓶颈促使研究者探索新型生物材料与物理化学协同的治疗策略。

美国康涅狄格大学的研究团队创新性地设计了一种离子导电性(IC)壳聚糖支架，通过封装4-氨基吡啶(4-AP)的埃洛石纳米管(HNT)实现药物缓释，并利用植酸交联赋予材料稳定导电性。该研究发表于《Bioactive Materials》，证实这种"电-药"协同系统可显著促进大段神经再生，功能恢复效果媲美自体移植。

研究采用离子交换容量测定评估材料导电性，通过加速降解实验验证支架稳定性。体外实验采用雪旺细胞培养模型，结合免疫荧光、蛋白质组学和qPCR分析神经再生相关标志物；体内实验通过大鼠4厘米坐骨神经缺损模型，采用透射电镜(TEM)评估髓鞘厚度(G-ratio)，并利用电生理检测复合肌肉动作电位(CMAP)。

物理表征显示创新支架优势
植酸交联的壳聚糖支架展现出133.2 mS/cm的高离子电导率，显著优于磺化聚苯胺等传统材料。HNT载药系统使4-AP释放周期延长至7周，而单纯支架8小时内即突释完毕。力学测试表明复合材料在37°C下10周仍保持0.5 MPa拉伸强度，满足神经修复需求。

电-药协同激活细胞级联反应
联合4-AP+ES处理使雪旺细胞神经营养因子BDNF、NGF分泌量提升6.7倍，TrkB受体表达显著上调。条件培养基诱导PC12细胞突触生长长度达NGF对照组的2.5倍。蛋白质组学证实神经细胞黏附分子(NCAM1)等关键蛋白表达增强。

动物实验验证临床转化潜力
4厘米缺损修复中，联合治疗组CMAP振幅与自体移植相当，腓肠肌重量恢复率达47%。TEM显示G-ratio值0.68，接近健康神经水平。免疫组化证实CD31⁺血管密度增加3倍，S100β⁺雪旺细胞浸润显著。

该研究首次证实离子导电支架介导的经皮电刺激可协同4-AP促进大段神经再生。其创新点在于：①创建可降解导电材料平台，解决传统聚苯胺等材料的生物相容性问题；②通过HNT实现水溶性小分子药物长效释放；③阐明电刺激通过Ca²⁺内流-Trk受体-PI3K/Akt通路的作用机制。这种"材料-电信号-化学信号"三位一体策略，为神经及肌肉等电敏感组织修复提供了全新范式。

值得注意的是，研究首次在4厘米超大缺损模型中实现功能恢复，其环状支架设计为临床长段神经修复提供了可行性方案。未来可进一步优化刺激参数，并探索在脊髓损伤等复杂病变中的应用价值。该成果标志着生物电子医学与组织工程交叉领域的重大突破。