广州中医药/华南理工AFM：微环境响应型可注射导电水凝胶用于脊髓损伤修复

脊髓损伤（ SCI ）是一种严重的精神疾病，通常伴有剧烈的继发性炎症反应；脊髓损伤会对患者的感觉和运动功能造成永久的伤害。而人体对于脊髓再生的能力有限，自愈恢复非常困难。在严重的组织缺损的情况下，水凝胶能够通过物理支持以及引导神经残留部位穿过脊髓间隙；凭借其组织样的柔软性和水合状态，作为一种脊髓再生支架供患者使用。生物电作为生物活体的基本特征，特别是在神经和肌肉中，承担着生物信息的转化、传导和传递的作用。而普通水凝胶电导率较差，缺乏脊髓神经与信号通路的连接能力；并且普通水凝胶中的药物递送系统多在药物保留而不是按需释放，这有可能导致药物累积或药物缺乏。 因此，开发一种新型复合材料水凝胶，优化其导电性能和载体药物释放性能是一项重大的挑战。新兴二维材料以及设计可注射水凝胶为水凝胶作为脊髓再生支架提供了一个新的思路。 脂蛋白 Wnt5a 有助于减轻急性脊髓损伤后早期继发性炎症；二维 MoS ₂ 具有良好导电性；基于此基础上设计开发新型水凝胶。 新开发的水凝胶集合了可注射、导电性、药物精准释放的优点，为后续水凝胶治疗脊髓损伤提供了可行性。

广州中医药大学第二附属医院 Li Xing 教授团队联合华南理工大学 岳衎 教授团队 基于明胶甲基丙烯酰（ GelMA ）和氧化葡聚糖（ ODex ）设计了一种模数和功能可调节的可注射水凝胶；并利用可注射氧化石墨烯水凝胶的可调性质和功能、作用于免疫调节的 Wnt5aPH 响应性以及金属相二维 MoS ₂ 的高导电性，制备了具有微环境响应性的导电神经支架，以促进 SCI 修复。 开发出的新型水凝胶 GOMW 具有可调的机械性能，可以使 Wnt5a 在脊髓病变位置释放，在促进抗炎因子释放方面起着重要作用； GOMW 水凝胶具有导电性和抗炎性，可显著改善神经元分化和轴突再生。此外，体内实验也证明了脊髓损伤后 GOMW 水凝胶移植的增益效果。包括减轻炎症反应、建立神经网络、改善感觉神经和运动功能恢复等等。 相关研究成果以 ”Microenvironment-Responsive Injectable Conductive Hydrogel for Spinal Cord Injury Repair“ 为题发表在 24 年的 《 Advanced Functional Materials 》 上。

【制备工艺】

明胶和葡聚糖骨架分别用甲基丙烯酰基和醛基进行化学官能团化，合成连接度分别为 60% 和 39% 的 GelMA 和 ODex ，将 ODex 与 Wnt5a 混合后， Wnt5a 的一级氨基与 ODex 的醛基在室温下迅速形成席夫碱键，得到修饰后的 ODex@Wnt5a 。

【文章亮点】

1. 研制出的可注射性水凝胶 GOMW 既模仿了天然脊髓的基本特征，又展现出 可调节的机械和电性能 。能够让药物在损伤部位准确释放，增强神经的分化和再生。

2. 二维二硫化钼（ MoS ₂ ）提供导电和载药的潜力。 其润滑性可以最大限度地减少种植体与病变区域边界之间产生的机械摩擦，防止手术过程中的继发性损伤。

3. 有效实现了微环境响应功能 。 Wnt5a 在 24 小时内响应 pH 变化迅速释放，以减轻炎症反应，诱导 NSCs 迁移到再生组织并分化为神经元细胞，最后促进脊髓的神经再生和功能恢复。

4. GelMA 和 ODex 之间形成了席夫碱键，几分钟内 GelMA 溶液与 ODex@Wnt5a 和 MoS ₂ 结合形成了动态交联网络。与传统水凝胶相比，大大缩短了时间，体现了 GOMW 水凝胶的优势。由于席夫碱键可逆， GOMW 还有用良好的自愈性 ，可以促进水凝胶微丝之间的结合，防止由于身体运动而导致种植体失效。

图 1. 微环境反应性可注射导电 GOMW 水凝胶的脊髓损伤模型

图 2. 各个变量间的相互比较

图 4.GOMW 水凝胶神经促进 NSC 分化和神经突生长、抑制 NF- _k B 信号通路的激活图表

图 5. 小鼠脊髓损伤测定

图 7.1 周脊髓损伤区域的 IF 图像及阳性标记物 iNOS 和 Arg-1 密度数据分析

图 8. 6