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南通大學(xué)袁卉華教授團(tuán)隊(duì)《Adv. Sci.》：一種仿生自修復(fù)導(dǎo)電水凝膠用于促進(jìn)周圍神經(jīng)再生
2023-08-28  來源：高分子科技

  周圍神經(jīng)損傷經(jīng)常發(fā)生，可導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)或感覺功能障礙，影響患者整體生活質(zhì)量，由于神經(jīng)自愈能力有限，神經(jīng)再生是臨床的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。水凝膠作為一種三維軟材料，具有類似于生物組織的兼容性和可調(diào)節(jié)的理化性質(zhì)，在組織工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。神經(jīng)組織具有電傳導(dǎo)性，需要導(dǎo)電水凝膠材料來調(diào)控神經(jīng)細(xì)胞的行為，提高神經(jīng)再生的效率。因此，開發(fā)出一種新型自修復(fù)導(dǎo)電多功能水凝膠具有十分重要的意義。


  近日，南通大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院袁卉華教授團(tuán)隊(duì)采用透明質(zhì)酸鈉、胱胺二鹽酸鹽和吡咯-1-丙酸，通過可逆金屬配位和氫鍵相互作用，制備了一種可注射的自修復(fù)導(dǎo)電水凝膠（HASPy水凝膠），并將其應(yīng)用于周圍神經(jīng)組織缺損修復(fù)。采用分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算模擬手段，從分子理論層次上詮釋水凝膠的自修復(fù)機(jī)理（圖1）；牛蛙離體神經(jīng)替代實(shí)驗(yàn)表明HASPy水凝膠具有極好的導(dǎo)電性和自修復(fù)性可以用于體內(nèi)神經(jīng)再生（圖2）；通過大鼠坐骨神經(jīng)擠壓損傷實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水凝膠能促進(jìn)大鼠神經(jīng)再生和相應(yīng)靶器官功能的恢復(fù)，并在分子水平上進(jìn)一步評估了水凝膠對神經(jīng)再生過程中關(guān)鍵細(xì)胞——施萬細(xì)胞的生長和功能表達(dá)有顯著的協(xié)同作用，從而促進(jìn)大鼠神經(jīng)再生。轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果顯示HASPy水凝膠直接靶向IL-17RA，主要通過激活I(lǐng)L-17信號通路，促進(jìn)雪旺細(xì)胞髓鞘化相關(guān)基因和蛋白的表達(dá)，通過分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算模擬（圖3）和分子實(shí)驗(yàn)相結(jié)合（圖4），驗(yàn)證了有利于神經(jīng)再生的機(jī)理。該工作以“A bioinspired self-healing conductive hydrogel promoting peripheral nerve regeneration”為題發(fā)表在《Advanced science》上(Adv. Sci., 2023,)。文章第一作者是南通大學(xué)宣紅云/吳淑嫄/金艷。該研究得到國家自然科學(xué)基金委等的支持。

 

圖1 HASPy水凝膠的分子動(dòng)力學(xué)模擬

 

圖2 水凝膠的自修復(fù)導(dǎo)電性及HASPy水凝膠體外替代牛蛙坐骨神經(jīng)

 

圖3 HASPy與雪旺細(xì)胞相互作用機(jī)制的驗(yàn)證

 

圖4 分子動(dòng)力學(xué)(MD)模擬HASPy水凝膠結(jié)合IL-17或IL-17受體


  該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于自修復(fù)多糖水凝膠在組織工程相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。自修復(fù)多糖水凝膠的力學(xué)性能差往往限制其在組織工程中的應(yīng)用。為此，團(tuán)隊(duì)發(fā)展了納米短纖增強(qiáng)法（Materials Science & Engineering C, 2021, 128: 112264）和酶交聯(lián)法（Materials & Design, 2022, 217:110669）來增強(qiáng)自修復(fù)多糖水凝膠，并將其應(yīng)用于皮膚組織的損傷修復(fù)。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202302519

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