Biomaterials | 空军军医大学黄景辉/罗卓荆等开发构建了新的供氧系统促进周围神经再生

在周围神经损伤修复过程中，细胞移植物的局部缺氧仍然是一个挑战。氧载体(全氟三丁胺，PFTBA)已被证明能在短时间内为雪旺细胞(SCs)提供氧气。然而，来自载氧材料的有限氧气供应阻碍了这些系统在较长时间内抵抗缺氧的能力，并限制了它们的治疗潜力。

2022年8月29日，空军军医大学黄景辉，罗卓荆及Lu Lei共同通讯在Biomaterials（IF=15）在线发表题为“Sequential oxygen supply system promotes peripheral nerve regeneration by enhancing Schwann cells survival and angiogenesis”的研究论文，该研究构建了一种顺序供氧系统，可通过增强雪旺细胞存活和血管生成促进周围神经再生。

本研究通过同轴静电纺丝制备了PFTBA/VEGF核壳纤维，构建了一个先通过氧载体，后通过VEGF促进血管生成的顺序供氧系统。体外观察PFTBA/VEGF核壳纤维的氧释放和促血管生成作用。此外，利用纤维制备并填充SCs的顺序供氧导管用于桥接大鼠坐骨神经15毫米长的缺损。体外实验证实PFTBA-VEGF系统对缺氧SCs具有保护作用，促进血管生成。随后的体内研究表明，在PFTBA所携带的氧气耗尽后，VEGF可诱导新生血管形成，新生血管在神经再生过程中充当SCs的顺序供氧者。此外，顺序供氧系统移植的大鼠在轴突再生、坐骨功能指数和肌肉湿重比方面表现出显著的形态学和功能改善。使用顺序供氧导管和自体移植物治疗后的最终功能结果相似。蛋白印迹结果显示，系统中VEGF可上调p-AMPK，促进坐骨神经损伤后轴突再生。总之，该研究发现顺序供氧系统为生物材料的氧气调节提供了必要的见解，并强调了供氧策略作为修复周围神经和其他有氧组织缺陷的治疗方法的潜力。

周围神经损伤(Peripheral nerve injury, PNI)是最常见的损伤之一，可导致功能恢复不良和生活质量下降。自体神经移植仍然是周围神经再生的金标准。然而，该技术也有一些局限性，包括供体来源有限、不匹配和修复关键神经间隙(> 10mm)时形成永久性损伤。近年来，各种类型的人工神经支架被设计并用于治疗周围神经缺损。此外，支持细胞如雪旺细胞(SCs)、嗅鞘细胞和间充质干细胞被引入支架中，以增强局部微环境，进一步促进轴突再生。血管系统的发育对保证氧气供应和维持细胞功能和生存至关重要。然而，这通常需要1-2周。此外，在治疗的早期，由于局部缺氧，植入神经支架的细胞的生物活性逐渐降低。有限的氧扩散和缓慢的血管形成导致植入细胞的氧气供应不足，显著限制了它们在支持神经再生方面的表现。氧载体可以直接增加细胞支架内的氧含量，为SCs提供氧气。全氟三丁胺(PFTBA)是一种碳氟化合物，对氧具有很高的溶解度。因此，PFTBA可以促进O2的运输和向移植细胞提供O2。PFTBA具有多种优势，包括对O2的高溶解能力、商业可用性、化学和生物惰性以及抑菌性。之前的研究中，发现富PFTBA的水凝胶可以向2D或3D培养的SCs提供持续的氧气释放，使其克服暂时的缺氧。但由于PFTBA释放氧气速度快(<144 h)，氧载体不能持续供氧，直到新生血管生成(1-2周)。此外，植入SCs的血管化缓慢导致局部缺氧和细胞死亡加重，显著限制了该系统在治疗周围神经损伤中的应用。因此，需要新的策略，使植入细胞和再生组织持续供氧，以增强SCs的生存和促进坐骨神经功能的恢复。血管新生在周围神经损伤修复中起着重要作用，不仅能重建再生的神经血管生态位，还能为移植物细胞提供足够的氧气。血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor, VEGF)因其对血管内皮细胞有丝分裂活性而成为应用最广泛的血管生成促进因子。通过与受体结合并激活其受体，诱导血管生成，加速新生血管的生长。因此，VEGF可促进血管发育，帮助血管网络的形成，从而增加营养物质交换，为植入的SCs提供充足的氧气，最大限度地减少PFTBA携带的氧气耗尽后细胞死亡。

本研究采用同轴静电纺丝法制备PFTBA/ VEGF核壳纤维，构建序贯供氧支架。然后，体外研究PFTBA/ VEGF核壳纤维的氧释放和促血管生成特性。此外，利用纤维制备顺序供氧支架，并填充SCs，然后用于桥接大鼠15毫米长的坐骨神经缺损。结果表明，PFTBA释放的氧气对缺氧诱导的细胞死亡具有保护作用。随后，当这些氧气耗尽后，由于VEGF作用而新形成的微血管网络从PFTBA接过接力棒，为再生组织提供氧气。因此，顺序供氧策略似乎可用作修复周围神经和其他需氧组织缺陷的潜在方法。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0142961222003957

转自：“iNature”微信公众号

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