来源：iNature（ID：Plant_ihuman）
由各种创伤（包括挤压伤、缺血和牵引事件）引起的外周神经损伤 (PNI) 可导致患者大量发病。在美国，每年有超过 550,000 名患者因 PNI 接受手术治疗，费用约为 16 亿美元。各向异性拓扑结构和生物线索可以从物理和生物方面模拟神经的再生微环境，在神经再生中显示出有前景的应用。然而，它们对受损周围神经的协同影响鲜有报道。
2021年7月7日，南通大学杨宇民，顾晓松及李贵才共同通讯在Science Advances在线发表题为“Bionic microenvironment-inspired synergistic effect of anisotropic micro-nanocomposite topology and biology cues on peripheral nerve regeneration”的研究论文，该研究构建了一个仿生微环境支架，该支架与各向异性微纳米复合材料拓扑结构和 IKVAV 肽相结合。
结果表明，拓扑结构和肽均表现出良好的稳定性。该支架可有效诱导Schwann细胞定向生长并上调与髓鞘形成相关的基因和蛋白质。最后，提出了Wnt/β-catenin通路、细胞外信号调节激酶/丝裂素活化蛋白通路和转化生长因子-β通路3条信号通路，揭示了各向异性微分子协同作用的主要途径，揭示了各向异性微纳米复合材料拓扑结构和生物学线索对神经再生协同作用的主要途径。本研究可能为开发人工神经植入物的功能提供重要策略。
由各种创伤（包括挤压伤、缺血和牵引事件）引起的外周神经损伤 (PNI) 可导致患者大量发病。在美国，每年有超过 550,000 名患者因 PNI 接受手术治疗，费用约为 16 亿美元。考虑到自体神经移植物的局限性，例如可能形成神经瘤、供体和受伤部位的大小不匹配以及供体部位的永久性创伤，已开发出由各种合成或天然生物材料制成的人工神经植入物，用于在临床环境中治疗 PNI。不幸的是，这些人工神经植入物对 PNI 的修复效果仍然不如自体移植物，因为可能存在免疫排斥反应、细胞和轴突迁移缓慢以及新生神经组织的生长，从而减少了应用的长期成功。
为了提高人工神经植入物的临床性能，使用不同的物理、化学或生物方法对植入物进行改性，例如表面电荷 、弹性、表面形貌、特定官能团包括─NH2、─ COOH、各种生长因子和蛋白质可促进Schwann细胞的迁移和生长以及背根神经节 (DRG) 的轴突生长。在这些方法中，表面形貌是联系指导的重要物理线索，因其在调节Schwann细胞和 DRG 行为中的关键作用而被提议为有前景的候选方法。然而，神经植入物表面缺乏特定的形状可能会导致新生神经组织的随机生长并延迟再生过程。
到目前为止，为了调节Schwann细胞或 DRG 的行为，已经进行了多次尝试，通过微/纳米加工在神经植入物上制造各种微米或纳米尺寸的形貌，包括脊/凹槽结构、柱子、点和对齐的纤维，静电纺丝、三维打印等。然而，不幸的是，这些拓扑结构存在缺陷，包括它们的尺寸，例如单微米或纳米，在其上很难模拟由微/纳米元素组成的真实神经组织的物理微环境，如细胞和蛋白质。因此，通过同时引入具有均匀排列结构的微米和纳米复合来构建神经植入物是改善神经再生的有希望的候选者。因此，能够同时促进细胞附着和定向生长以实现快速神经再生的神经植入物策略受到高度追捧。
在本研究中，提出了一种策略，该策略在聚己内酯 (PCL) 支架中同时使用各向异性微/纳米复合拓扑结构和生物线索，以实现更好的神经再生。该研究首先通过结合使用微成型和静电纺丝技术开发了一种具有微米级脊/槽结构和纳米级纤维的对齐复合拓扑结构。然后，通过在多巴胺的框架内固定 IKVAV（一种具有促进神经细胞附着能力的肽）对对齐的复合拓扑结构进行生物修饰。之后，测量支架的理化性质，包括形态、稳定性、润湿性和组分。还检测了 IKVAV 的固定和释放行为。最后，该研究评估了支架对Schwann细胞行为的协同作用，包括形态、生物功能、基因和蛋白质表达，并深入了解支架对血管化的影响。
文章模式图（图源自Science Advances）
结果表明，拓扑结构和肽均表现出良好的稳定性。该支架可有效诱导Schwann细胞定向生长并上调与髓鞘形成相关的基因和蛋白质。最后，提出了Wnt/β-catenin通路、细胞外信号调节激酶/丝裂素活化蛋白通路和转化生长因子-β通路3条信号通路，揭示了各向异性微分子协同作用的主要途径，揭示了各向异性微纳米复合材料拓扑结构和生物学线索对神经再生协同作用的主要途径。本研究可能为开发人工神经植入物的功能提供重要策略。
参考消息：
https://advances.sciencemag.org/content/7/28/eabi5812
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