外周神经损伤（PNI）是一种常见的临床疾病，全球每年报告超过500万例。目前的金标准治疗方法是自体神经移植，但受限于供体部位并发症和功能恢复不理想。因此，研究者们致力于开发先进的神经引导导管（NGCs）作为替代方案。传统空心NGCs虽具再生潜力，但在大神经缺损中因缺乏生物物理线索和机械稳定性不足而受限。

为了克服这些限制，研究者开发了内层含有定向纳米纤维的NGCs，这些纳米纤维为细胞生长和轴突再生提供方向引导。此外，将电导性材料纳入NGCs受到关注，因为神经细胞对电刺激敏感，可促进细胞分化和轴突再生。在众多导电材料中，聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）因其优异的导电性和稳定性脱颖而出。然而，PEDOT在水和大多数有机溶剂中不溶，限制了其应用。为解决这一问题，研究者将PEDOT与羟乙基纤维素（HEC）结合，形成稳定的导电复合材料。

一：研究摘要

本研究开发了一种用于外周神经再生的螺旋结构静电纺丝导电导管（F-P/H-P），其内部填充有定向纳米纤维。通过结合羟乙基纤维素（HEC）和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT），显著提升了导管的导电性。实验结果表明，这种导电导管能够显著增强施万细胞（SCs）和PC12细胞的粘附和增殖，并在电刺激（ES）下进一步促进神经相关蛋白的表达。体内实验利用坐骨神经缺损大鼠模型，证实F-P/H-P导管能显著加速神经再生、血管新生及功能恢复。本研究展示了这种新型导电NGCs在促进外周神经再生和功能修复方面的巨大潜力，为神经修复提供了一种有效的替代方案。

导电F-P/H-P NGCs在电刺激下促进神经再生示意图

二：核心研究内容

（1）NGCs的协同优势

本研究系统地突出了将导电材料与生物模拟结构特征相结合的协同优势。通过静电纺丝技术制造了先进的螺旋结构导电F-P/H-P NGCs，这些NGCs内部填充有定向排列的纳米纤维，能够有效地促进神经修复和功能恢复的复杂过程。图1A和B可以看到，P/H和P/H-P纳米纤维具有均匀光滑的纤维和相互连通的孔隙，且P/H-P组的纤维直径更小，这表明PEDOT的加入对纤维的形成和性能有显著影响。而图1G和H的力学测试结果显示，加入PEDOT后，导管的拉伸强度显著提高，从5.7 ± 0.6 MPa增加到9.3 ± 1.2 MPa，且F-P/H-P导管的拉伸强度优于H-P/H-P导管，表明螺旋结构进一步增强了导管的力学性能。

图 1. NGCs的表征。(A) P/H和P/H-P纳米纤维膜的随机层的SEM图像。(B) P/H和P/H-P纳米纤维膜的定向层的SEM图像。标尺：10 μm。(C) P/H和P/H-P膜随机层的纳米纤维直径统计。(D) P/H和P/H-P膜定向层的纳米纤维直径统计。(E) P/H和P/H-P膜的导电性观察。(F) P/H、H-P/H-P和F-P/H-P导管的照片。标尺：1 mm。(G) P/H、H-P/H-P和F-P/H-P导管的应力-应变曲线。(H) 不同导管的拉伸强度。(I) P/H和P/H-P膜的循环伏安（CV）曲线。(J) P/H和P/H-P膜的导电性。(K) FTIR光谱，(L) TGA曲线，(M) WCA，(N) P/H和P/H-P膜的残余质量。*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001。

（2）更优的细胞粘附和增殖

体外实验结果表明，F-P/H-P NGCs的卓越电导率显著促进了施万细胞（SCs）和PC12细胞的粘附和增殖。这种细胞反应有助于改善神经再生和功能恢复。图2J和K可以看到，CCK-8实验结果显示，P/H-P膜在电刺激（ES）下显著促进了SCs和PC12细胞的增殖。在ES-P/H-P组中，SCs和PC12细胞的增殖率在3天和5天时均显著高于其他组。而图2扫描电子显微镜（SEM）观察到，SCs和PC12细胞在P/H-P材料上表现出最佳的粘附效果，尤其是在ES-P/H-P组中，细胞沿着定向纳米纤维生长，展现出更长的形态和更大的粘附面积。

图 2. SCs和PC12细胞在P/H、ES-P/H、P/H-P和ES-P/H-P膜上的粘附、增殖和迁移。(A) SCs中S100（绿色）的免疫荧光染色和(B) PC12细胞中NF200（红色）的免疫荧光染色。标尺：100 μm。(C) 不同组PC12细胞迁移的结晶紫染色。标尺：200 μm。(D) 各种膜表面培养5天后SCs和PC12细胞粘附的SEM图像。标尺：20 μm。(E) PC12细胞迁移实验示意图。(F) PC12细胞迁移率的计算。(G) 迁移图像中PC12细胞神经突长度的统计。(H) SCs中S100的相对荧光强度。(I) PC12细胞中NF200的相对荧光强度。(J) 各种膜上SCs的增殖和(K) PC12细胞的增殖。*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001。

（3）神经再生和功能恢复的优势

多个实验结果证明了使用填充有定向纳米纤维的导电导管进行神经修复的优势。这种设计有效地模拟了天然外周神经中固有的生物物理线索，营造出有利于神经再生的环境。如图3可以看到，H&E染色结果显示，F-P/H-P导管在12周时显示出显著更高的神经组织再生能力，其再生神经组织的面积和数量与自体移植组相当。

图 3. 自体移植、P/H、H-P/H-P和F-P/H-P导管的组织学形态评估。(A) NGCs移植示意图。(B) 手术植入照片。标尺：0.5 cm。(C) 神经测试横截面示意图。(D) 12周时再生神经组织纵向切片的H&E染色图像。标尺：500 μm。(E) 12周时近端、中部和远端再生神经的横截面H&E染色。标尺：200 μm。标尺：50 μm。黄色箭头指示新生血管。(F) CD31（绿色）和细胞核（蓝色）的免疫荧光染色。标尺：50 μm。(G) α-SMA（绿色）和细胞核（蓝色）的免疫荧光染色。标尺：50 μm。(H) CD31相对荧光强度的定量分析。(I) α-SMA相对荧光强度的定量分析。(J) 基于不同组别的微血管密度和(K) 直径的计算。*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001。

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免疫荧光染色结果则显示，F-P/H-P组在12周时S100和NF200的表达水平与自体移植组相当，表明该导管能够有效促进髓鞘形成和轴突延伸。见图4。

图 4. 12周时自体移植、P/H、H-P/H-P和F-P/H-P导管的免疫荧光染色。(A) S100（绿色）、NF200（红色）和细胞核（蓝色）纵向切片的免疫荧光染色图像。标尺：200 μm（低倍）和100 μm（高倍）。(B) S100的相对荧光强度。(C) NF200的相对荧光强度。（对于本图例中颜色引用的解释，读者请参阅本文的网页版本。）

（4）功能恢复的验证

螺旋结构导电F-P/H-P NGCs还能够桥接神经断裂，并为外周神经修复提供了一种有前景的替代方案。图7A-E的肌肉萎缩评估结果显示，F-P/H-P组的腓肠肌重量比与自体移植组相当，显著高于P/H组，表明F-P/H-P导管能够有效促进神经功能恢复。图7H的步态分析（SFI）结果则显示，在12周时，F-P/H-P组的SFI值与自体移植组相当，显著高于P/H和H-P/H-P组，进一步证明了其在神经功能恢复方面的优势。图7I和J的电生理测试结果显示，在12周时，F-P/H-P组的CMAP振幅和神经传导速度（NCV）与自体移植组相当，显著优于P/H组，表明F-P/H-P导管能够有效恢复神经传导功能。见图5

图 5. 植入后12周的功能评估和神经传导恢复。(A) 双侧腓肠肌的照片。(B) 用马松三色染色的腓肠肌横截面的代表性图像。标尺：100 μm。(C) 足印照片。标尺：0.5 cm。(D) 自体移植、P/H、H-P/H-P和F-P/H-P组在损伤部位的代表性CMAP记录。(E) 腓肠肌湿重比的定量分析。(F) 腓肠肌直径的定量分析。(G) 肌纤维平均面积的定量分析。(H) 后足SFI的定量分析。(I) CMAP振幅的定量分析和(J) 所示组别的神经传导速度。*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001。

三：结论

总体而言，本研究系统地突出了将导电材料与生物模拟结构特征相结合的协同优势。通过静电纺丝技术制造了先进的螺旋结构导电F-P/H-P NGCs，这些NGCs内部填充有定向排列的纳米纤维，能够有效地促进神经修复和功能恢复的复杂过程。体外实验结果表明，F-P/H-P NGCs的卓越电导率显著促进了施万细胞（SCs）和PC12细胞的粘附和增殖。这种细胞反应有助于改善神经再生和功能恢复。结果证明了使用填充有定向纳米纤维的导电导管进行神经修复的优势。这种设计有效地模拟了天然外周神经中固有的生物物理线索，营造出有利于神经再生的环境。因此，F-P/H-P NGCs能够桥接神经断裂，并为外周神经修复提供了一种有前景的替代方案。

查阅链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.160899