综述：导电纳米复合水凝胶在神经组织工程中的应用：近期趋势的系统性范围综述

这篇综述系统评述了导电纳米复合水凝胶（CNHs）在神经组织工程（NTE）中的最新进展，聚焦其设计原理、多功能特性（如抗氧化、免疫调节）及在CNS（中枢神经系统）和PNS（外周神经系统）修复中的应用，涵盖脊髓损伤（SCI）、帕金森病（PD）等疾病模型，并探讨了无线刺激（如压电/磁响应）和生物材料协同策略的临床潜力。

　　

1. 综述方法与研究框架

本综述遵循PRISMA-ScR指南，系统分析了2020-2025年间125项研究，涵盖PubMed、Scopus等数据库。纳入标准聚焦于含导电纳米结构（如碳基材料、金属纳米颗粒）的细胞负载水凝胶，重点关注其在神经分化、轴突再生中的应用，并排除非英文或非原始研究文献。

2. CNHs在神经组织工程中的核心作用

2.1 材料分类与特性

导电纳米材料分为四类：

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  碳基材料（36.8%）：如碳纳米管（CNTs）、氧化石墨烯（GO），以其高导电性和机械强度主导研究，但需表面修饰改善分散性。

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  金属基材料（24.0%）：如金纳米颗粒（AuNPs）、四氧化三铁（Fe₃O₄），兼具磁响应性和抗菌功能。

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  聚合物基材料（16.0%）：如聚吡咯（PPy）、PEDOT，通过共轭结构实现电活性。

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  新兴材料：如MXenes（Ti₃C₂T_x）和黑磷（BP），具有可降解性和光响应性。

2.2 神经分化机制

CNHs通过三重协同促进神经再生：

1. 1.

   电传导：模拟神经组织电导率（8×10^?4–1.3×10^?3 S cm^?1），激活电压门控钙通道（如CACNA1C），触发PI3K/Akt通路。

2. 2.

   拓扑引导：纳米纤维排列（如对齐的CNTs）引导轴突定向生长，增强YAP/TAZ核转位。

3. 3.

   动态力学：应力松弛水凝胶（如GeP@Cu）缓解细胞张力，促进神经元延伸。

3. 应用进展与典型案例

3.1 中枢神经系统修复

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  脊髓损伤（SCI）：

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    抗氧化-导电双功能水凝胶：如PPy-胶原杂化水凝胶清除ROS并提升BMSCs的神经元分化效率（L-VGCCs表达增加）。

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    无线刺激系统：BaTiO₃/PPy水凝胶通过超声触发压电效应，改善大鼠运动功能（BBB评分提升）。

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  脑部疾病：

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    帕金森病（PD）：含AuNPs的壳聚糖水凝胶降低IL-6，恢复多巴胺能神经元功能。

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    脑卒中：GelMA/PEDOT支架减少梗死区炎症，促进NSCs存活。

3.2 周围神经修复

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  自供电导管：PVDF-TrFE/BaTiO₃纤维通过生理运动产生电刺激，加速坐骨神经再生（SFI评分接近自体移植）。

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  磁响应支架：PLGA/Fe₃O₄纤维在磁场下定向排列，协同电刺激增强神经元存活率40%。

3.3 跨组织神经化再生

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  糖尿病创面：rGO-水凝胶恢复PIEZO2介导的机械痛觉，同时促进血管生成（VEGF↑）。

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  骨修复：BP@Mg水凝胶诱导CGRP⁺神经纤维长入，同步提升骨密度（Micro-CT显示BV/TV增加50%）。

4. 挑战与未来方向

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  临床转化瓶颈：需解决纳米材料长期毒性（如MXenes降解产物）和规模化生产问题。

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  智能化设计：开发闭环系统，整合生物传感（如pH响应）与动态电刺激。

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  类器官整合：结合iPSCs衍生神经元与3D打印水凝胶，构建个性化疾病模型。

5. 结论

CNHs通过多模态调控神经微环境，已从基础研究迈向复杂临床需求（如跨组织再生）。未来需融合材料学、生物学及临床医学，推动其成为神经修复的“全能工具箱”。