一种对超声波响应的压电核壳纳米纤维贴片，用于治疗与血栓相关的并发症

《Nano Energy》：Ultrasound-Responsive Piezoelectric Core-Shell Nanofiber Patch for Theranostic Management of Blood Clot-related Complications

【字体：大中小】 时间：2026年09月02日 来源：Nano Energy 16.7

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　　•对齐的PLLA@Gly纤维实现了65%的β相和78%的结晶度•同轴压电纳米纤维能够实现治疗性血栓管理•压电核壳纤维能够实现可控的尿激酶释放•PLLA@Gly纤维能够通过超声波触发溶栓释放•集成平台结合了实时感应和溶栓疗法引言脊柱手术后出现的神经并发症仍然是一个主要的临床问题，因

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对齐的PLLA@Gly纤维实现了65%的β相和78%的结晶度
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同轴压电纳米纤维能够实现治疗性血栓管理
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压电核壳纤维能够实现可控的尿激酶释放
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PLLA@Gly纤维能够通过超声波触发溶栓释放
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集成平台结合了实时感应和溶栓疗法

引言

脊柱手术后出现的神经并发症仍然是一个主要的临床问题，因为即使诊断和治疗的延迟很短，也可能导致不可逆的功能障碍[1][2][3]。在这些并发症中，脊柱硬膜外血肿（SEH）是一种罕见但可能非常严重的情况，其特征是血液在脊髓周围的硬膜外腔积聚[4][5][6]。血肿的逐渐积累会对脊髓和相邻的神经根施加越来越大的压力，导致严重的背痛、运动无力、感觉障碍，在严重情况下还可能发生永久性瘫痪[7][8][9][10]。由于神经功能的恶化可能迅速发生，因此早期诊断和及时干预至关重要。临床研究表明，在症状出现后的6-12小时内进行手术减压可以显著改善神经功能恢复[3][11][12]。目前，磁共振成像（MRI）被认为是诊断SEH的金标准，因为它具有高灵敏度，并且能够清晰地显示血肿的形成和脊髓受压的情况[13][14]。然而，由于高昂的成本、有限的可用性以及在血肿早期阶段缺乏明显的临床症状，常规的术后MRI监测并不可行[15]。此外，包括凝血障碍、广泛的脊柱手术和现有的脊柱异常在内的风险因素都与无症状的SEH有关，这使得早期预测变得具有挑战性[16]。这些限制突显了对能够持续监测与血肿形成相关的病理变化并在不可逆的神经损伤发生之前实现及时临床干预的微创技术的需求。

除了早期检测外，有效的术后SEH管理仍然是一个重要的治疗挑战。手术减压和血肿清除是目前治疗有症状SEH的标准方法。与深静脉血栓形成和缺血性中风不同，后者可以使用系统性抗凝剂或溶栓疗法来促进血栓溶解，但对于SEH来说，系统性药物治疗并不适用。抗凝剂可能会在有限的硬膜外腔内增加出血，并进一步加重神经压迫。因此，迫切需要能够促进局部血栓溶解并减少组织压迫同时最小化全身出血风险的治疗策略。更广泛地说，通过口服或静脉途径给予的传统药物在定位效果不佳、全身清除速度快、药物浓度波动以及不良的脱靶效应方面存在问题；维持足够的药物浓度通常需要重复给药，这种方法特别不适合压缩的脊柱区域。因此，能够直接在硬膜外区域提供可控和持续治疗释放的局部药物递送系统引起了越来越多的关注，这有可能提高治疗效果同时最小化全身暴露。

生物医学工程的最新进展加速了用于连续生理监测的可植入和可穿戴传感器的开发[17]。其中，压电传感器特别具有吸引力，因为它们可以将机械变形转换为电信号，而无需外部电源[18]。这样的自供电传感系统对于长期植入应用具有显著的优势。选择材料时需要考虑将传感性能与优异的生物相容性和可降解性相结合。聚L-乳酸（PLLA）是一种获得FDA批准的可降解聚合物，由于其良好的生物相容性、可降解性和内在的压电特性，已成为一种有前景的压电材料[19][20][21]。适当处理后，PLLA可以在机械应力作用下产生偶极极化，从而实现压力感应。然而，由于生理条件下的偶极对齐不稳定，PLLA的压电性能可能会随时间下降[14][19]。为了解决这一限制，人们研究了引入甘氨酸（Gly）作为一种增强分子排序和稳定偶极取向的策略。甘氨酸的氨基和羧基功能团可以通过氢键与PLLA的羰基相互作用，从而改善偶极对齐并提高复合材料的机械和介电性能[22]。

除了传感之外，将治疗功能整合到可植入材料中是管理神经系统疾病的一个新兴方向。尿激酶型纤溶酶原激活剂（uPA）是一种用于溶栓的酶，能够将纤溶酶原转化为纤溶酶并促进纤维蛋白凝块的降解[23]。尽管全身给予溶栓剂可能会导致出血并发症和非特异性药物分布，但局部递送策略有可能提高治疗效果同时减少全身暴露。纳米技术的最新进展使得能够根据外部触发信号控制释放治疗剂的刺激响应型药物递送系统得以开发[13][24][25]。

尽管取得了这些进展，但尚未有研究报道一种能够结合实时硬膜外压力监测和局部、外部触发溶栓疗法的压电纳米纤维平台来管理SEH。为了解决这一空白，我们使用同轴静电纺丝技术开发了PLLA@Gly和负载尿激酶的PLLA@Gly@uPA核壳纳米纤维。对齐的PLLA@Gly纳米纤维作为自供电的压电传感组件，能够检测与血肿发展相关的压力变化，而封装的尿激酶则提供了局部治疗效果。此外，还使用超声波刺激作为外部触发信号来实现纳米纤维中的可控尿激酶释放。在这个系统中，自供电的压电感应和超声波辅助的药物递送功能独立但协同工作，同时提供了监测和治疗能力。所提出的治疗性平台结合了自供电的压力监测和按需的局部治疗。在正常情况下，压电贴片监测与凝块或血肿进展相关的局部压力变化。当需要干预时，治疗性超声波激活对齐的同轴纳米纤维，机械刺激和压电极化有助于实现可控的尿激酶释放，从而实现局部溶栓，同时限制不必要的药物暴露。治疗后，持续的压力监测可以提供关于压力缓解和治疗反应的反馈。本研究建立了一个概念验证的超声波响应型压电核壳纳米纤维平台，该平台结合了压力监测和按需尿激酶递送。尽管结果显示了其在管理凝块或血肿相关并发症方面的潜力，但该平台仍然是一个体外验证的研究原型。因此，纳米技术的最新进展使得能够实现刺激响应型系统的可控、按需药物递送成为可能。在这里，超声波机械变形了対齐的PLLA@Gly纳米纤维，增强了尿激酶的扩散和释放，而相关的压电极化可能进一步促进了这一过程。由于机械变形和压电极化的单独贡献没有独立解析，因此药物释放的增强归因于它们的协同效应，而不是任一机制单独作用的结果。所制造的纳米纤维在形态、结晶结构、压电性能以及生理条件下的超声波触发尿激酶释放行为方面进行了系统表征。这项工作提出了一个多功能的可降解平台，具有在早期监测和局部管理SEH方面的应用潜力，为改善术后结果和减少永久性神经损伤的风险提供了有希望的策略。总体而言，所提出策略的示意图如图1所示。

部分摘录

相形成和结晶度分析

详细了解相形成和结晶度对于优化基于聚合物的纳米纤维的压电性能至关重要；因此，对所制造的PLLA@Gly系统的结构演变进行了彻底的研究。结晶相决定了材料的分子排列、偶极取向和对称性，这些因素直接影响其在机械应力下产生电荷的能力。更高的结晶度和有利的极性相

结论

在这项研究中，我们成功开发了一种基于静电纺丝PLLA并整合了甘氨酸和尿激酶的智能多功能压电生物材料系统，用于同时监测和治疗脊柱硬膜外血肿（SEH）。在14kV和1800 rpm下制造的优化PLLA@Gly纳米纤维表现出增强的β相形成（65%）、改善的结晶度（78%）、均匀对齐的形态（平均直径为265 nm），以及由于这些特性而优越的压电性能

PLLA和PLLA@Gly纤维的制备

首先，准备了两种静电纺丝溶液。对于纯PLLA纤维，将PLLA颗粒溶解在六氟异丙醇（HFIP）中，浓度为0.12 g/mL（PLLA/溶剂）。对于PLLA@Gly纤维，在相同的PLLA溶液（0.12 g/mL）中添加了0.01 g/mL的甘氨酸（Gly/溶剂）。这两种溶液在40°C和200 rpm下搅拌3小时后进行静电纺丝。

CRediT作者贡献声明

林宗鸿：撰写——审核与编辑、监督、资金获取、概念化。高福成：撰写——原始草稿、方法学、资金获取、正式分析、概念化。李 Sangmin：撰写——审核与编辑、资金获取、概念化。崔东辉：撰写——审核与编辑、监督、概念化。谢明凯：正式分析。Jaba Roy Chowdhury：方法学、正式分析。Bishal Kumar Nahak：撰写——审核与编辑，

利益冲突声明

致谢

本研究得到了台湾国家科学技术委员会（NSTC）（114-2314-B-182A-067和114-2622-B-002-008）和2026年中山大学研究基金的支持。

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