无线声电响应纳米纤维神经导管（APNF-NGC）促进周围神经再生的研究

这篇研究报道了一种新型超声响应性压电纳米纤维神经导管（APNF-NGC），通过电纺聚左旋乳酸（PLLA）/聚乙二醇（PEG）复合纳米纤维构建具有定向拓扑结构的神经修复支架。该导管创新性地融合了物理引导（高度取向的纳米纤维）和无线电刺激（超声激活的压电场）双重功能，在8mm坐骨神经缺损大鼠模型中实现了与自体移植相当的运动功能恢复和轴突再生。研究通过调控PEG比例优化了材料的机械性能（128.73 MPa）、α相结晶度（41.0%）和亲水性（接触角27.6°），40 kHz超声可诱导产生轴向电场（46.7 mV RMS），显著促进iPSC运动神经元轴突延伸（体外）和坐骨神经再支配（体内）。

　　

1 引言

周围神经损伤（PNI）是临床常见难题，传统自体移植存在供体限制和二次创伤等问题。研究团队开发了基于聚左旋乳酸（PLLA）的超声驱动压电纳米纤维神经导管（APNF-NGC），通过电纺技术构建具有剪切压电特性（d₁₄）的取向纳米纤维支架。PEG的引入不仅调节机械性能（断裂应变提升至40.35%），还通过降低冷结晶温度（T_cc 81.2→72.5°C）促进α相结晶，同时改善表面亲水性（接触角降低64.8°）。这种双功能设计突破了传统PVDF材料不可降解和胶原基材料机械强度不足的局限。

2 结果与讨论

材料特性

电纺PLLA/PEG20纳米纤维在2000 rpm转速下呈现高度取向（直径1.18±0.48 μm），XRD显示α相特征峰（16.3°）强度显著提高。DSC分析证实PEG20组α相结晶度达41.0%，是纯PLLA的2.5倍。表面电位测试显示PEG20纤维（-49.89 mV）较PLLA（553.1 mV）更利于细胞粘附，MTT实验证实其生物相容性（培养3天细胞活性103.9±9.10%）。

电刺激机制

有限元分析（FEA）模拟显示40 kHz超声可在导管内产生轴向电场。实测中APNF在0.75 W cm^-2超声下输出46.7 mV RMS电压，体外实验证实该电场使iPSC运动神经元轴突长度增加2.1倍。这种效应源于Ca²⁺内流激活的cAMP/PKA通路，促进GAP-43等生长相关蛋白表达。

动物实验

在8mm坐骨神经缺损SD大鼠模型中，APNF-NGC组术后12周表现：

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  步态分析：踝关节背屈角度（64.4±2.6°）与自体移植组（63.2±1.9°）无显著差异

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  肌力测试：胫骨前肌（TA）收缩力恢复38.6±21.3%，虽低于自体组（55.3±15.7%）但无统计学差异

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  组织学：再生有髓轴突数量（615±49.9）与自体组（627.8±41.8）相当，面积占比达7245±527 μm²

3 结论

APNF-NGC通过独特的"结构引导+无线电刺激"协同机制，在避免PFAS材料风险的同时，实现了与金标准相当的治疗效果。其模块化设计可适配不同尺寸神经缺损，为长节段PNI治疗提供了新策略。

4 实验方法

关键工艺包括：14 wt% PLLA/PEG（80:20）溶液电纺（18 kV，18 cm接收距离），2000 rpm转速获得取向纤维。导管采用四通道设计（主通道1.6 mm，内通道0.46 mm），100°C热定型。动物实验采用每周3次、每次30分钟超声刺激（40 kHz，0.75 W cm^-2），功能评估包含视频步态分析、等长肌力测试和甲苯胺蓝染色。