基于葡萄糖和氧耗的自供电神经导管促进神经细胞生长的研究

为解决外周神经损伤修复中传统电刺激依赖外部电源和复杂布线的问题，研究人员开发了一种基于葡萄糖和氧耗的多段式无线电刺激神经导管。该导管以聚-L-乳酸（PLLA）为基质，分别集成铂纳米颗粒（Pt）阳极段和Ti3 C2 Tx （MXene）阴极段，中间为聚吡咯（PPy）导电层。实验表明，导管在含5 mM葡萄糖的PBS中可产生400 mV电位差，并通过上调神经标志物Nestin表达和钙内流诱导干细胞分化为神经细胞，为无线电刺激神经修复提供了新策略。

　　

外周神经损伤（PNI）是全球临床领域的重大挑战，每年影响超百万患者，常导致运动功能障碍甚至终身残疾。传统神经导管虽能提供物理引导，但细胞增殖能力有限，修复效果不佳。电刺激虽可促进神经再生，却依赖外部电源和复杂布线，增加感染风险。为此，中国研究人员提出了一种革命性解决方案——基于燃料电池原理的自供电神经导管。

研究团队采用激光增材制造技术构建多段式导管：以生物相容性良好的聚-L-乳酸（PLLA）为基质，分别负载铂纳米颗粒（Pt）和Ti₃
C₂
T_x
（MXene）形成阳极与阴极段，中间通过原位聚合吡咯（PPy）形成导电层。关键技术包括：激光增材制造构建三维结构、电化学催化性能测试、神经干细胞培养及钙成像分析。

表征与性能验证
扫描电镜显示PPy@PLLA表面覆盖均匀导电层。电化学测试证实阳极段可催化葡萄糖氧化生成质子/电子，阴极段促进氧还原，在5 mM葡萄糖环境中产生400 mV电位差，满足神经电刺激需求。

细胞实验突破
该导管诱导干细胞神经向分化，Nestin表达显著上调，钙离子（Ca²⁺
）内流增加，证实电刺激通过激活钙信号通路促进神经再生。

这项发表于《Polymer》的研究首次实现基于体内代谢物的无线持续电刺激，解决了传统技术侵入性强、能耗高的痛点。通过巧妙利用葡萄糖和氧的氧化还原反应，将化学能直接转化为生物电信号，为PNI治疗提供了可降解、自供电的新型器械范式。其创新性在于：① 无需外部电源实现闭环电刺激；② MXene和Pt的协同催化提升能量转换效率；③ 模块化设计兼容多种导电材料。该技术有望拓展至心肌修复、骨再生等领域，推动生物电子医学发展。