西南交大鲁雄/中国海大韩璐/北京基础医学研究所江小霞等Nano Today：导电粘附水凝胶调控创伤性脑损伤后的神经炎症与神经功能

2023-07-23 来源：高分子科技

创伤性脑损伤（Traumatic brain injury, TBI）具有病情急、变化快、病死率高、致残率高、预后差等特点，严重危害人类生命健康。由机械损伤造成的原发性损伤易诱发包括氧化应激、神经炎症、细胞凋亡、神经退化等继发性损伤，进而导致脑神经功能障碍。此外，TBI会导致脑组织细胞外基质的缺失，由于缺少物理支撑，神经元无法浸入病灶部位，进而诱发脑肿胀/萎缩并加重疾病进展。目前脑损伤的临床治疗大多使用阿司匹林等非甾体类抗炎药物或者激素类药物以减轻炎症反应，但由于毒副作用大，不适于长期服用。鉴于其复杂的发病机制及病理特征， TBI有效的临床治疗仍是难题。因此，亟需开发一种新的治疗策略以防止脑损伤后的二次伤害，并加速脑神经再生。

针对以上问题，西南交通大学鲁雄教授、中国海洋大学韩璐教授以及北京基础医学研究所江小霞副研究员合作提出了利用导电粘附水凝胶（PPCNW@dGel）介导治疗TBI的策略。该水凝胶以明胶（dGel）为主体，在其中复合了聚多巴胺（PDA）介导疏水导电高分子PEDOT原位沉积的导电纤维素纳米晶（PPCNW）。通过调整明胶分子链的交联程度和导电PPCNW比例，使得水凝胶具有具有良好的柔软性及与脑组织相匹配的模量；PPCNW中的PEDOT与PDA形成了氧化还原对，赋予水凝胶湿组织粘附性，使其能够在植入损伤区域后稳定地粘附在具有复杂拓扑结构的脑组织，且不会对脑组织造成额外的压力。同时，该水凝胶还可以在损伤部位提供必要的机械支撑，以促进细胞的浸入和生长，并预防脑肿胀/萎缩。PPCNW@dGel水凝胶可以清除活性氮/氧并抑制炎症相关信号通路，从而保护神经元免受二次伤害。此外，该水凝胶良好的导电性为神经元的生长提供了适宜的物理微环境，抑制TBI对海马体的损伤，最终有利于TBI后神经功能的恢复。

图1. 导电粘附PPCNW@dGel水凝胶的制备过程及其用于TBI修复的示意图。PPCNW@dGel水凝胶是通过将导电PPCNW引入明胶基水凝胶网络中制备得到的。TBI后，该水凝胶可以粘附在脑部创伤区域，预防脑肿胀/萎缩，并长效调控神经炎症及神经再生。

图2. PPCNW@dGel水凝胶的物化表征。PPCNW@dGel水凝胶具有良好的氧化还原活性、导电性、组织粘附性及与脑组织相匹配的模量。

图3. PPCNW@dGel水凝胶的体外抗氧化、抗炎性能评价。PPCNW@dGel水凝胶可以保护HT22神经元细胞免受过多的活性氧伤害，并抑制BV2小胶质细胞中促炎因子的表达水平。

图4. PPCNW@dGel水凝胶在电刺激下促进HT22神经元细胞增殖、铺展及分化。

图5. PPCNW@dGel水凝胶体内抗炎性能评价。采用控制性皮质撞击方法建立小鼠TBI模型。PPCNW@dGel水凝胶可以有效预防脑肿胀/萎缩，并抑制脑组织中星形胶质细胞与小胶质细胞的活化，从而降低促炎因子的表达水平。

图6. PPCNW@dGel水凝胶抑制神经炎症的信号通路分析。通过转录组测序及相关验证实验结果证明，PPCNW@dGel水凝胶可以有效下调TLR4-NF-κB通路中相关蛋白的表达，从而抑制神经炎症。

图7. PPCNW@dGel水凝胶促进体内神经再生及功能恢复。PPCNW@dGel水凝胶可以保护海马体神经元并促进其再生，进而提高TBI小鼠的记忆、认知及学习能力。

该研究成果以“Adhesive and conductive hydrogel-based therapy simultaneously targeting neuroinflammation and neurofunctional damage after brain injury”为题发表于Nano Today（DOI: 10.1016/j.nantod.2023.101934）。西南交通大学闫力维博士、北京基础医学研究所赵长铭硕士与王妍副研究员为论文共同第一作者，西南交通大学鲁雄教授、中国海洋大学韩璐教授以及北京基础医学研究所江小霞副研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金等项目支持。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1748013223001834

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（责任编辑：xu）

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