综述：生物支架促进脊髓损伤修复的新机遇

《BMEMat》：New opportunities for bioscaffold-enabled spinal cord injury repair

这篇综述系统探讨了三维生物支架在脊髓损伤（SCI）修复中的应用前景，重点介绍了支架的电导率（>1 mS/cm）、机械性能（弹性模量1-10 kPa）、微观形态（取向纤维结构）等关键特性如何通过调控内源性干细胞分化、促进轴突生长和改善损伤微环境来促进神经回路重建。文章还综述了静电纺丝、原位凝胶化和3D生物打印等先进制备技术，以及功能肽、脱细胞基质等新型生物材料在促进运动功能恢复（BBB评分提升）方面的最新进展。

　　

脊髓损伤修复的新策略：生物支架技术前沿

病理机制与修复原理

脊髓损伤（SCI）是一种毁灭性的中枢神经系统（CNS）疾病，其病理过程包括原发性损伤和继发性损伤两个阶段。继发性损伤可分为急性期（<48小时）、亚急性期（48小时至14天）、中间期（14天至6个月）和慢性期（>6个月），这一过程导致神经元死亡、炎症反应、胶质瘢痕形成和囊腔产生，最终造成永久性神经功能缺损。

生物支架通过提供三维支撑结构，能够调节损伤微环境，促进内源性神经干细胞（NSC）分化为神经元，同时引导轴突定向生长。研究发现，支架的特性如电导率、机械性能和表面形态对神经再生具有重要影响。

支架特性的优化设计

电导率是影响神经信号传导的关键因素。研究表明，当支架电导率超过1 mS/cm时，能显著促进神经干细胞向神经元分化，同时抑制星形胶质细胞分化。例如，掺入聚吡咯（PPY）的导电水凝胶可使电导率达到0.18 S/cm，有效促进神经生长并减少胶质瘢痕形成。

机械性能方面，支架的弹性模量在1-10 kPa范围内最有利于神经干细胞分化为神经元。研究显示，人骨髓间充质干细胞（hMSC）在较软的基质（E=0.1-1 kPa）上更容易分化为神经元。此外，支架的粘弹性也影响细胞行为，快速应力松弛的支架能显著增强轴突延伸和突触成熟。

微观形态上，取向的纳米纤维结构能有效引导轴突定向生长。例如，排列整齐的电纺丝纤维可使神经突长度达到117.5±8.668 μm，显著优于随机纤维结构。多通道三维支架还能更好地模拟脊髓白质结构，促进神经纤维的有序排列。

先进制备策略与新材料

静电纺丝技术可制备具有特定取向的纳米纤维支架，通过调节溶液组成、电场强度等参数，能精确控制纤维直径和排列方式。 coaxial电纺和triaxial电纺等技术还能实现亲/疏水性生物活性因子的协同递送。

原位凝胶化技术能制备具有温度响应、光响应等智能特性的水凝胶。温敏性水凝胶在37°C下发生溶胶-凝胶转变，可注射至损伤部位形成多孔支架。光敏水凝胶通过光引发交联，能实现更精确的形态控制。

3D生物打印技术能构建复杂的三维结构，更好地模拟脊髓解剖结构。研究发现，具有中央通道的仿生支架能促进神经前体细胞（NPC）分化为神经元，并显著改善运动诱发电位（MEP）响应。

新型生物材料如功能肽、脱细胞细胞外基质（ECM）和智能材料也展现出巨大潜力。自组装肽（SAP）能形成纳米纤维结构，提供生物活性信号；脊髓来源的脱细胞ECM含有组织特异性生物分子，能创造更适宜的再生微环境。

体内命运与临床转化

植入后，生物支架会经历宿主免疫反应、组织整合和降解过程。合理设计支架的形态和化学组成能调节免疫反应，例如具有特定孔隙结构的支架能减少纤维化胶囊形成。支架的降解速率需与组织再生速率匹配，天然聚合物主要通过酶降解，而合成聚合物如聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）则通过水解降解。

目前已有多个生物支架进入临床试验阶段，如NeuroRegen支架在急性完全性SCI患者中显示出感觉功能改善的潜力。然而，临床转化仍面临挑战，包括对损伤机制的深入理解、大规模生产的质量控制以及标准化评价体系的建立。

未来展望

未来的生物支架设计将更加注重仿生特性，如开发能响应生理信号变化的智能材料。多光子3D打印等先进技术将实现纳米级精度的支架制备。同时，结合计算机模拟和人工智能技术，有望加速生物支架的临床转化进程，为脊髓损伤修复提供更有效的治疗方案。