当内卷发生在水凝胶身上：光热响应自卷水凝胶用于周围神经再生

组织工程人工神经移植物作为自体神经移植物的替代品，在神经再生领域发挥着重要作用。然而，与自体神经移植物相比，现有的神经移植物往往缺乏相应的生物信号（生长因子、细胞等），这限制了其修复神经损伤的能力。因此，进一步开发一种功能优良的新型组织工程神经移植物，以达到更有效地促进周围神经再生的效果是非常必要的。与在二维（ 2D ）表面生长的细胞相比，移植物中的细胞在三维（ 3D ）状态下生长，可以模拟真实的细胞在体内生长的微环境。目前，体外构建载细胞人工神经移植物的技术主要有静电纺丝、 3D 打印和水凝胶制备。水凝胶制备过程中的电压、有机溶剂和挤压压力可能会影响细胞活力，由于力学失配，包裹在水凝胶中的细胞的扩散和迁移可能受到限制，这阻碍了它们在构建 3D 细胞负载人工神经移植物中的应用。因此，进一步完善载细胞神经移植物体外三维构建技术，实现体内神经快速再生是十分必要的。 温敏水凝胶与光热纳米材料的结合有望实现水凝胶在近红外照射下由二维平面向三维管状结构的转变，从而为体外构建三维载细胞人工神经移植物提供可能，但目前这方面的报道尚少 。

南通大学 李贵才 教授和 杨宇民 教授研究团队 通过表面改性技术和原位自由基聚合制备了一种含有盐酸多巴胺 （ DOPA ） 修饰的多壁碳纳米管 （ MWCNT ） 的光热响应细胞负载聚 N- 异丙基丙烯酰胺 （ PNIPAM ） 水凝胶 ， 然后，将雪旺细胞培养在 2D 平面水凝胶上，并使用 NIR 照射以完成自卷过程，从而实现载细胞神经移植物的体外 3D 构建，用于周围神经再生。 相关研究以 “Photothermal responsive cell-laden PNIPAM self-rolling hydrogel containing dopamine enhanced MWCNTs for peripheral nerve regeneration” 为题发表在 2023 年的《 Composites Part B: Engineering 》上。

【文章亮点】

(1)与 2D 平面生长的雪旺细胞相比， 3D 水凝胶中的雪旺细胞具有更好的生长行为，释放更多的神经生长因子，并显著上调髓鞘和细胞骨架相关基因的表达。因此，本研究制备的水凝胶具有促进神经细胞生长的作用，有望进一步提高神经移植物修复周围神经损伤（ PNI ）的能力。

(2) 经 2 mg/mL （ 2DM ）多巴胺修饰的 MWCNTs 具有最明显的光热响应性，具有良好的分散性和稳定性。纳米颗粒在水凝胶中的良好分散性可以避免由于颗粒的快速沉降和聚集而导致局部温度的迅速升高，从而减弱可能导致细胞死亡和对组织的损伤。

(3) 含 2 DM 的 PNIPAM 光热响应水凝胶具有多孔结构、良好的亲水性和可逆的光热响应性。在近红外照射下，载细胞的水凝胶可以从二维平面变形为三维管状结构，而不影响雪旺细胞的活力。

图 1 ：光热响应性细胞负载 PNIPAM 自卷水凝胶的制备示意图。

图 2 ：多巴胺修饰 MWCNTs 的表征。

图 3 ： MWCNTs 的稳定性和光热响应性随不同多巴胺浓度修饰的变化。

图 4 ：光热响应水凝胶的表征，以纯 PNIPAM 水凝胶为对照。

图 5 ：以 DDMH-4 为例演示水凝胶自卷的机理。

图 6 ： Calcein-AM 染色法检测近红外照射前后 RSC96 细胞活力。

图 7 ：培养 2 天后 RSC96 细胞在不同 2D 平面和 3D 立体水凝胶上的生长行为比较。

图 8 ： RSC96 细胞在 2D 平面和 3D 立体水凝胶上的生长因子释放。