研究背景

脊髓损伤会导致神经组织的长期丢失，因为损伤部位的内源性神经组织修复和再生受到限制，导致临床前景不佳。随着时间的流逝，在挫伤区形成了一个胶质瘢痕为边界的囊性腔，该区域随时间倒塌，为神经组织的修复和产生构成了巨大的障碍。使用可注射水凝胶为治疗挫伤性脊髓提供了前景，它们可以有效地填充病变腔，提高水凝胶与天然组织之间的相容性，并且可以模仿天然ECM，利于组织再生和修复。在机械支撑水凝胶的开发过程中，设计重点在于使水凝胶的机械特性与天然脊髓神经组织的机械特性紧密匹配，但当复制神经组织的机械特性时，水凝胶设计难以将机械强度与渗透性脱钩。为了解决以上问题，设计制备了一种具有界面结合力的可注射纳米纤维-水凝胶复合物（NHC），以提供机械强度和孔隙率。

工作介绍

近日美国巴尔的摩转化组织工程中心Mao,HQ团队开发了一种新型的纳米纤维-水凝胶复合材料（NHC），并研究了其对成年大鼠脊髓挫伤模型中修复和神经组织再生的影响。用马来酰亚胺（MAL）基团改性电纺PCL纤维，并将纤维切断，通过在硫代透明质酸（HA-SH）前体溶液中将不同数量的MAL纤维与聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）混合来制备纳米纤维-水凝胶复合材料。研究结果显示，用NHC治疗后28天，脊髓挫伤节段的宽度比对照组大2倍。使用NHC治疗后，受伤组织的M2/M1巨噬细胞比例高2倍，血管密度高5倍，未成熟神经元存在高2.6倍，轴突密度高2.4倍，并且存在类似的神经胶质瘢痕与控件。两组之间挫伤节段的神经组织备用量和后肢功能相似。NHC在没有任何外源性因素或细胞的情况下，为损伤的脊髓提供机械支持，支持前再生巨噬细胞极化、血管生成、轴突生长和神经生成。

图文导读

图1纤维表面和水凝胶网络之间具有界面键合的纳米纤维-水凝胶复合材料。

图2NHC限制挫伤脊髓的塌陷，促进了损伤组织的形成。损伤后第3、7和28天a）代表性脊髓照片b）脊髓的平均宽度c）代表性水平切片的损伤显微照片d）治疗组在28dpi时相对于损伤体积的平均组织体积（损伤百分比）

图3NHC注射的损伤中存在血管。3，7和28天显微照片显示每个治疗组在损伤a）b）c）后的代表性水平截面中受伤的血管d）治疗组在损伤处的平均血管密度

图4NHC支持轴突生长进入损伤部位。3，7和第28天，a）b）c）每个治疗组的代表性横断面显示的轴突损伤d）病变部位轴突的密度e）损伤的代表性区域(c所示)放大

图5NHC刺激了损伤处的神经再生。3，7和第28天，a）b）c）用抗βIII微管蛋白抗体染色的未成熟神经元和损伤周围d）每mm2损伤中未成熟神经元的平均密度e）每个治疗组的水平切片内和损伤周围的神经前体细胞被抗双皮质激素（DCX，红色）抗体染色

结论

本研究经过工程改造的PCL纳米纤维-HA水凝胶复合材料具有界面粘合功能，为受伤的脊髓提供了机械支撑。目前的数据表明通过刺激巨噬细胞极化为促再生环境发挥了积极作用。NHC治疗具有明显的修复潜力，包括刺激新生神经组织形成和轴突生长，并促进了向再生型巨噬细胞群体，血管生成，神经发生和轴突的存在的转变，对治疗受伤的脊髓具有潜力。

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