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西南交大魯雄/中國海大韓璐/北京基礎醫學研究所江小霞等Nano Today：導電粘附水凝膠調控創傷性腦損傷后的神經炎癥與神經功能

2023-07-23 來源：高分子科技

創傷性腦損傷（Traumatic brain injury, TBI）具有病情急、變化快、病死率高、致殘率高、預后差等特點，嚴重危害人類生命健康。由機械損傷造成的原發性損傷易誘發包括氧化應激、神經炎癥、細胞凋亡、神經退化等繼發性損傷，進而導致腦神經功能障礙。此外，TBI會導致腦組織細胞外基質的缺失，由于缺少物理支撐，神經元無法浸入病灶部位，進而誘發腦腫脹/萎縮并加重疾病進展。目前腦損傷的臨床治療大多使用阿司匹林等非甾體類抗炎藥物或者激素類藥物以減輕炎癥反應，但由于毒副作用大，不適于長期服用。鑒于其復雜的發病機制及病理特征， TBI有效的臨床治療仍是難題。因此，亟需開發一種新的治療策略以防止腦損傷后的二次傷害，并加速腦神經再生。

針對以上問題，西南交通大學魯雄教授、中國海洋大學韓璐教授以及北京基礎醫學研究所江小霞副研究員合作提出了利用導電粘附水凝膠（PPCNW@dGel）介導治療TBI的策略。該水凝膠以明膠（dGel）為主體，在其中復合了聚多巴胺（PDA）介導疏水導電高分子PEDOT原位沉積的導電纖維素納米晶（PPCNW）。通過調整明膠分子鏈的交聯程度和導電PPCNW比例，使得水凝膠具有具有良好的柔軟性及與腦組織相匹配的模量；PPCNW中的PEDOT與PDA形成了氧化還原對，賦予水凝膠濕組織粘附性，使其能夠在植入損傷區域后穩定地粘附在具有復雜拓撲結構的腦組織，且不會對腦組織造成額外的壓力。同時，該水凝膠還可以在損傷部位提供必要的機械支撐，以促進細胞的浸入和生長，并預防腦腫脹/萎縮。PPCNW@dGel水凝膠可以清除活性氮/氧并抑制炎癥相關信號通路，從而保護神經元免受二次傷害。此外，該水凝膠良好的導電性為神經元的生長提供了適宜的物理微環境，抑制TBI對海馬體的損傷，最終有利于TBI后神經功能的恢復。

圖1. 導電粘附PPCNW@dGel水凝膠的制備過程及其用于TBI修復的示意圖。PPCNW@dGel水凝膠是通過將導電PPCNW引入明膠基水凝膠網絡中制備得到的。TBI后，該水凝膠可以粘附在腦部創傷區域，預防腦腫脹/萎縮，并長效調控神經炎癥及神經再生。

圖2. PPCNW@dGel水凝膠的物化表征。PPCNW@dGel水凝膠具有良好的氧化還原活性、導電性、組織粘附性及與腦組織相匹配的模量。

圖3. PPCNW@dGel水凝膠的體外抗氧化、抗炎性能評價。PPCNW@dGel水凝膠可以保護HT22神經元細胞免受過多的活性氧傷害，并抑制BV2小膠質細胞中促炎因子的表達水平。

圖4. PPCNW@dGel水凝膠在電刺激下促進HT22神經元細胞增殖、鋪展及分化。

圖5. PPCNW@dGel水凝膠體內抗炎性能評價。采用控制性皮質撞擊方法建立小鼠TBI模型。PPCNW@dGel水凝膠可以有效預防腦腫脹/萎縮，并抑制腦組織中星形膠質細胞與小膠質細胞的活化，從而降低促炎因子的表達水平。

圖6. PPCNW@dGel水凝膠抑制神經炎癥的信號通路分析。通過轉錄組測序及相關驗證實驗結果證明，PPCNW@dGel水凝膠可以有效下調TLR4-NF-κB通路中相關蛋白的表達，從而抑制神經炎癥。

圖7. PPCNW@dGel水凝膠促進體內神經再生及功能恢復。PPCNW@dGel水凝膠可以保護海馬體神經元并促進其再生，進而提高TBI小鼠的記憶、認知及學習能力。

該研究成果以“Adhesive and conductive hydrogel-based therapy simultaneously targeting neuroinflammation and neurofunctional damage after brain injury”為題發表于Nano Today（DOI: 10.1016/j.nantod.2023.101934）。西南交通大學閆力維博士、北京基礎醫學研究所趙長銘碩士與王妍副研究員為論文共同第一作者，西南交通大學魯雄教授、中國海洋大學韓璐教授以及北京基礎醫學研究所江小霞副研究員為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金等項目支持。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1748013223001834

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（責任編輯：xu）

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