利用能量耗散水凝胶生物打印载有活血小板的神经导管

《Bioactive Materials》：Bioprinting of live platelet-loaded nerve conduit using energy-dissipative hydrogel

本研究利用能量耗散水凝胶保护血小板，通过定制3D打印机快速制备生物合成神经导管。实验证明该导管能延长血小板存活（34.7%存活率经600次压缩），持续释放神经生长因子（NGF）和血管内皮生长因子（VEGF）超过20天，并显著促进神经再生与功能恢复，效果接近自体移植。

　　在现代医学领域，神经损伤的修复一直是一个挑战性问题，尤其是周围神经损伤。由于周围神经系统具有一定的自我修复能力，但其修复效果往往不理想，特别是在神经缺损较大的情况下。为了改善这种情况，研究人员不断探索新的治疗方法，其中包括使用生物材料构建的神经导管，以提供物理支撑和生物活性环境，从而促进神经再生。然而，传统的神经导管往往在生物活性方面存在不足，导致修复效果有限。因此，如何有效提升导管的生物活性成为研究重点之一。

近年来，血小板因其能够释放多种生长因子而被认为具有在神经修复中的巨大潜力。这些生长因子包括神经生长因子（NGF）和血管内皮生长因子（VEGF），它们在神经再生过程中起着至关重要的作用。然而，直接注射血小板存在一些局限性，比如血小板容易过早激活，导致其携带的生长因子迅速释放并降解，无法维持长时间的生物活性。为了解决这一问题，研究人员尝试将血小板封装在具有能量耗散能力的水凝胶中，以减缓其激活过程，从而实现生长因子的持续释放。

在本研究中，科学家们设计了一种新型的生物合成神经导管，该导管由血小板负载的Pluronic F127二丙烯酸酯（F127DA）水凝胶包裹在电纺聚己内酯（PCL）导管上，通过定制的3D打印机快速制造。F127DA水凝胶具有良好的生物相容性，并且其独特的纳米级能量耗散结构能够有效保护血小板免受机械应力引起的快速激活。实验结果表明，该水凝胶在600次压缩循环后，血小板的存活率高达34.7%，远高于其他类型的水凝胶。此外，血小板在该水凝胶中能够存活超过两周，从而实现生长因子的持续释放，持续时间超过20天。这一特性使得F127DA水凝胶成为一种有前景的材料，用于维持血小板的活性并促进神经修复。

该神经导管不仅具有优异的生物活性，还表现出良好的机械性能。它能够承受压缩和拉伸，确保在手术缝合和体内环境中保持结构稳定。这种双重结构的导管设计为神经修复提供了物理支持和生物活性环境，使其能够有效引导神经再生。实验中使用了大鼠坐骨神经缺损模型，以评估导管在体内环境下的性能。结果显示，PLT-F127DA导管能够促进神经细胞的迁移和增殖，形成良好的神经再生微环境，从而改善神经功能恢复。

在细胞实验中，研究人员通过Live/dead和CCK8实验评估了导管对施万细胞（SCs）和人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的生物相容性。实验表明，PLT-F127DA导管能够维持细胞的活性和迁移能力，其释放的VEGF促进了血管生成，而NGF则有助于神经细胞的生长和再生。此外，通过RT-qPCR分析，研究人员发现PLT-F127DA导管能够显著上调与神经再生相关的基因表达，如mTOR、c-Fos、Bcl-2和Erk，表明其能够激活TrkA信号通路，从而促进神经再生和髓鞘再生。

在体内实验中，研究人员通过观察再生神经的形态和功能来评估导管的修复效果。结果显示，PLT-F127DA导管在12周后能够显著促进神经细胞的再生和髓鞘形成，其修复效果接近自体移植物。通过电生理分析，研究人员评估了导管对神经传导速度（NCV）和运动诱发电位（CMAP）的影响，发现PLT-F127DA导管能够显著提升神经传导速度，使其接近自体移植物的效果。此外，通过H&E染色和免疫荧光分析，研究人员观察到了再生神经中髓鞘的形成和神经纤维的对齐，表明导管能够有效促进神经再生。

尽管PLT-F127DA导管在实验中表现出色，但其在临床应用方面仍面临一些挑战。例如，大规模生产的可行性、长期安全性数据的缺乏以及标准化血小板来源的建立等。为了推动该技术的临床转化，未来的研究应关注如何优化制造工艺，提高导管的可扩展性，同时确保其在不同个体间的生物相容性和稳定性。此外，进一步的动物实验和临床试验将有助于验证该导管在更广泛人群中的应用效果。

总体而言，这项研究通过设计一种具有能量耗散特性的血小板负载水凝胶导管，成功解决了血小板过早激活和生长因子快速释放的问题。该导管不仅在体外实验中表现出优异的生物活性和机械性能，还在体内实验中实现了显著的神经修复效果。这些发现为周围神经损伤的治疗提供了新的思路和方法，也为未来开发更安全、有效的神经修复材料奠定了基础。