《International Journal of Biological Macromolecules》：Ultraviolet-crosslinked nerve growth factor-β hydrogel promotes cavernous nerve regeneration and functional recovery in neurogenic erectile dysfunction
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摘要由海绵体神经损伤引起的神经源性勃起功能障碍（ED）仍然难以治疗，因为传统疗法只能改善勃起反应，而无法修复潜在的神经营养血管损伤。本文开发了一种由甲基丙烯酰化明胶（GelMA）和甲基丙烯酰化透明质酸（HAMA）组成的光交联水凝胶，用于神经营养因子-β（NGF-β）的局部持续
摘要
由海绵体神经损伤引起的神经源性勃起功能障碍（ED）仍然难以治疗，因为传统疗法只能改善勃起反应，而无法修复潜在的神经营养血管损伤。本文开发了一种由甲基丙烯酰化明胶（GelMA）和甲基丙烯酰化透明质酸（HAMA）组成的光交联水凝胶，用于神经营养因子-β（NGF-β）的局部持续递送。GelMA/HAMA前驱体表现出剪切变稀行为，并可发生快速的紫外光诱导凝胶化，而所得水凝胶则呈现逐渐降解和持续释放NGF-β的特性。在紫外线照射后，在测试浓度范围内，88.37%–99.77%的NGF-β仍可通过酶联免疫吸附测定（ELISA）检出，且至第7天采集的释放样品在PC-12细胞中仍保留促神经突生长活性。在小鼠雪旺细胞中，负载NGF-β的水凝胶增强了细胞增殖，并激活了AKT和ERK相关信号通路。在双侧海绵体神经挤压伤大鼠模型中，局部治疗提高了最大海绵体内压/平均动脉压比值，改善了海绵体组织结构，增强了神经营养血管和髓鞘相关标志物表达，并改善了生殖结局。在负载NGF-β的水凝胶进行原位光交联后，功能恢复最为显著。这些发现建立了一个局部神经再生平台，将光触发水凝胶形成与持续NGF-β递送相结合，用于海绵体神经损伤所致ED的治疗。
引言
勃起功能障碍（ED）是一种常见疾病，其发病率随年龄增长和相关合并症而升高[1]、[2]、[3]。除了影响生活质量外，ED还可能提示潜在的全身性血管疾病[4]。阴茎勃起是一种协调的神经营养血管反应，涉及海绵体神经信号传导、海绵体平滑肌舒张、动脉流入和静脉闭塞[5]。骨盆手术、创伤、代谢性疾病或神经退行性病变对这些过程的破坏可导致神经源性ED[6]。
再生策略，包括干细胞疗法、躯体神经至自主神经移植，以及药物或肽类干预，已被研究用于促进海绵体神经再生和海绵体组织恢复[7]、[8]、[9]、[10]、[11]。然而，目前ED的临床治疗主要依赖磷酸二酯酶5抑制剂、海绵体内注射、真空勃起装置和阴茎假体[12]、[13]、[14]。尽管这些干预措施可以改善勃起反应，但它们并不能直接促进海绵体神经再生，这可能限制其在严重神经源性ED患者中的疗效。
外源性神经营养因子-β（NGF-β）可促进海绵体神经损伤后的神经元存活、轴突生长和功能恢复[15]、[16]。然而，游离NGF-β在损伤部位的有效应用受到局部滞留不足的限制，这促使了能够提供持续神经营养支持的递送系统的开发[15]、[16]。因此，一种能够在海绵体神经病变部位维持NGF-β暴露的局部递送系统可以改进局部治疗的连续性。
水凝胶具有水化、生物相容性基质，并具有可调的力学和传输特性，使其成为蛋白质局部持续递送的适宜平台[17]、[18]。近年来，生物材料辅助神经修复的进展已纳入了结构引导、导电线索和受控神经营养因子释放。典型示例包括用于调节神经营养因子（NGF）释放的超声响应性丝蛋白导管、具有对齐结构的导电神经导管，以及旨在促进神经突延伸和外周神经再生的微/纳米结构支架[19]、[20]、[21]、[22]、[23]。然而，在海绵体神经损伤的具体情境下，递送基质必须精确沉积并保留在靶位。光交联水凝胶能够在靶位实现空间可控的原位凝胶化，从而支持治疗药物的局部滞留[24]、[25]、[26]、[27]、[28]。
与主要提供症状缓解的传统ED疗法不同，本策略旨在直接解决潜在的海绵体神经和神经营养血管损伤。采用局部光交联以在病变部位保留递送基质，而持续释放NGF-β则旨在修复过程中提供连续的神经营养支持。
选择甲基丙烯酰化明胶（GelMA）和甲基丙烯酰化透明质酸（HAMA）作为光交联网络互补组分。GelMA提供细胞交互基序和可调的力学性能，而HAMA则贡献水化作用并调节基质的物理化学和传输特性。研究表明，将这两种聚合物结合使用相对于单一组分水凝胶可改善力学性能，同时保持有利于局部蛋白质递送的含水微环境[29]、[30]、[31]。
在本研究中，我们开发了一种紫外（UV）交联的GelMA/HAMA水凝胶，用于NGF-β的局部递送（方案1）。我们系统评估了水凝胶合成、网络形成、力学和流变特性、降解动力学、NGF-β回收率、细胞相容性和体外生物活性。随后在大鼠双侧海绵体神经挤压伤模型中评估了该水凝胶的治疗效果和安全性。
分节摘录
材料与试剂
明胶（纯度99%，生物技术级）和透明质酸钠（分子量800–1500 kDa）购自上海麦克林生化科技有限公司（中国上海）。甲基丙烯酐、Dulbecco磷酸盐缓冲液（DPBS）和光引发剂I2959购自北京英诺凯科技有限公司（中国北京）。重组人NGF-β购自MedChemExpress（美国新泽西州芒茅伊森），Dulbecco改良型Eagle培养基（DMEM）购自
HAMA和GelMA的表征
通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和1H核磁共振光谱（NMR）确认了HA的甲基丙烯酰化（图1A和B）。与天然HA相比，HAMA在约1717 cm?1处表现出额外的FTIR吸收峰，归属于引入的甲基丙烯酸酯基团的羰基伸缩振动（图1A）。HA和HAMA的完整1H NMR谱图见图1B，放大的HAMA谱图见图S1。HAMA在δ 5.73和6.12 ppm处显示出新的乙烯基质子信号。在δ 1–2 ppm区域，N-乙酰
结论
本研究开发了一种光交联GelMA/HAMA水凝胶，用于海绵体神经损伤后NGF-β的局部持续递送。复合前驱体可注射，并发生快速原位光交联，形成的网络支持逐渐降解和延长NGF-β释放。大部分负载的NGF-β在紫外线照射后仍可通过ELISA检出，释放的NGF-β至第7天仍保留促神经突生长活性。体外，该制剂增强了小鼠雪旺细
CRediT作者贡献声明
罗超：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，验证，调查研究，数据整理，概念构思。彭雅倩：撰写——初稿，可视化，调查研究，数据整理。周雄才：可视化，调查研究，数据整理。田俊林：软件，形式分析。朱梦妮：方法论，概念构思。王波：调查研究，数据整理。祁晓兰：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，监督，资源，项目
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本论文报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
感谢实验室成员的讨论与意见。本研究由贵州医科大学高层次人才基金（项目编号：26232020149 2023-GK050）、贵州医科大学附属人民医院博士科研启动基金（gyfybsky-2023-06）、贵州省卫生和计划生育委员会科技基金（gzwkj2024-386）、贵州省科技计划项目资助（黔科合基础-ZK[2024]一般
罗超|彭雅倩|周雄才|田俊林|朱梦妮|王波|祁晓兰|祁涛
