难以实现的人造神经支架 |
当指尖再也触不到爱人掌心的温度,当脚踝在台阶前反复踉跄却抓不住平衡,周围神经损伤留下的,从来不止是麻木的皮肤。那些遍布全身的神经一旦受损,就可能让抬手、迈步这些本能动作变成奢望,而传统修复材料却总在“支撑”与“顺应”间顾此失彼:太硬的支架会磨伤新生神经,太软的又撑不起再生通路。 |
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这项发表在《Materials & Design》上的研究《Cyclic tensile stimulation enrichment of Schwann cell...》为神经组织工程提供了新思路:研究团队通过3D生物打印技术制备了含有人体施万细胞的负泊松比水凝胶支架,并结合周期性拉伸刺激,显著促进了神经再生相关的细胞活性与蛋白表达。今天我们就来一起解读这项创新研究~ |
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神奇的“负泊松比” |
你可能听说过“拉伸时变细、压缩时变粗”的普通材料,但“负泊松比材料”却反其道而行之。这种特殊的力学特性,让它能更均匀地分散应力,研究者们认为,天然神经细胞本身也表现出一定的“拉胀”特性,因此这种材料非常适合模拟人体神经组织的微环境。 |
研究团队用鱼明胶甲基丙烯酰胺(FGelMa)作为原料,通过模板成型法制备了负泊松比水凝胶支架(图A)。支架两端采用刚性更强的GelMa 材料,方便与拉伸生物反应器连接,中间则是负载施万细胞的 FGelMa(图B)。为了模拟体内神经组织受到的自然力学刺激,研究团队使用ATMS动态培养系统(图 C),对支架施加20% 形变、0.48Hz 频率的周期性拉伸,并与静态培养组对比。 |
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细胞的惊喜变化 |
n 增殖加速:拉伸组细胞数量在 3 天、7 天时分别比静态组多 1.1 倍、1.3 倍(图 3B),14 天仍保持优势; |
n 功能增强:拉伸组分泌的神经生长因子(NGF)显著增加,3 天、7 天时分别是静态组的 1.2 倍、1.4 倍(图 4A); |
n 受体激活:拉伸刺激让 NGF 的受体 TRKA 表达提高 25%,而与凋亡相关的 p75NTR 不受影响(图 4B),意味着只促进再生,不诱导细胞死亡。 |
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1+1>2:拉伸 + NGF 的协同增效 |
既然拉伸能促进 NGF 分泌,那额外添加 NGF 会有什么效果?研究设置了 “静态 + NGF”“拉伸 + NGF” 等分组,发现额外添加NGF在拉伸环境下效果倍增!“拉伸 + NGF”组的施万细胞不仅形态优化(纺锤状、沿力方向整齐排列,轴突更长,见图5A),更通过激活PI3K/AKT通路(图5B),使神经再生关键蛋白(如GDNF、HuC/HuD)表达飙升(图6). |
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为确认 NGF 的作用路径,研究团队用 TRKA 抑制剂(AG879)处理细胞后发现:神经再生相关蛋白表达大幅下降(图A),细胞形态也变得松散(图B)。这说明,拉伸与 NGF 的协同效应主要通过 TRKA 受体实现,为后续靶向治疗提供了明确方向。 |
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未来:从实验室到临床 |
这项研究将负泊松比水凝胶支架、周期性拉伸刺激与 NGF 结合,证明了力学微环境对神经再生的重要性。其中,ATMS 系统为精准施加力学刺激提供了可靠支持,而负泊松比材料与细胞的“动态互动”,更是为周围神经组织工程开辟了新思路。未来,这种技术有望加速从实验室到临床的转化,让更多神经损伤患者重获新生。 |