PLGA/PEDOT材料表面拓扑结构联合电刺激对神经再生的影响及机制研究

The methods of peripheral nerve repair mainly include nerve autograft, allograft and tissue engineering nerve reconstruction. Although autologous and allogeneic nerve transplantation have better repair effect, they are limited by donor and repair distance so that they cannot meet the long distance nerve repair. The nerve reconstruction by using the method of tissue engineering can satisfy the long distance repair of peripheral nerve. Therefore, it is necessary to develop a tissue engineering materials with good repair effect for peripheral nerve. The previous work found that microgrooved structure can promote the neural differentiation of PC12 cells and the directional extension of axons, and also possess the function of regulating the distribution of cell population. Besides, we found that electrical stimulation can regulate cell differentiation of PC12 cells. Based on previous work, this study adopts the PLGA/PEDOT composite conductive material as based material. Micro-/nano-scaled groove topography are fabricated on the material surface to regulate the spatial distribution of PC12 cells, proliferation, neuron differentiation and guide the directional extension of axons. Meanwhile, based on the electrophysiological characteristics of nerve, electrical stimulation is carried on the material to promote axons extension and form mature neurons, which benefit for the preparation of a kind of peripheral nerve repair materials enhanced by electrical stimulation. The mechanism of topological structure and electrical stimulation on neural differentiation are also studied. These studies provide new thought and theoretical guidance for constructing tissue engineering repair scaffolds of peripheral nerve .

外周神经修复主要有自体神经移植、同种异体神经移植和组织工程神经重构。自体和同种异体神经移植虽然具有较好修复效果，但受到供体来源和修复距离的限制，无法满足长距离神经缺损修复。而组织工程体外神经重构可以满足长距离的外周神经修复。因此，有必要开发一种具有良好外周神经修复效果的组织工程支架材料。前期工作发现微米沟槽结构不仅能促进PC12细胞神经分化和轴突定向延伸，还具有调控细胞群体分布的功能，并发现电刺激可以调节细胞神经分化。基于前期工作基础，本研究采用PLGA/PEDOT复合导电材料作为基底，将微纳米沟槽拓扑结构引入到材料表面，调控PC12细胞空间分布、增殖和神经元分化，引导神经轴突定向延伸；并结合神经电生理特性，对材料施加电刺激，促进神经轴突延伸和神经元成熟，制备一种电刺激增强型外周神经修复材料，并分析拓扑结构和电刺激调控细胞神经分化的机理，为构建组织工程外周神经修复支架提供新思路和理论指导。

外周神经分布广泛，意外或疾病往往导致外周神经损伤，外周神经修复主要有自体神经移植、同种异体神经移植和组织工程神经重构。自体和同种异体神经移植虽然修复效果较好，但受到供体来源和修复距离的限制，无法满足长距离神经缺损修复。而组织工程神经重构可以满足长距离外周神经修复。因此，有必要开发一种具有良好外周神经修复效果的组织工程支架材料。.本项目针对外周神经修复难、修复材料匮乏、依赖进口的问题，提出将微图案化技术电刺激联合应用于外周神经修复支架的构建，制备了表面图案化不同尺寸微沟槽结构的PLGA/PEDOT复合导电材料，并对材料进行了必要的材料学和体外细胞生物学表征，材料学表征表明，当PEDOT的质量分数为5%时，复合材料具有较好的导电性同时又不会对材料性能有较大的影响；表面微沟槽结构不会对材料表面亲疏水性和材料降解性能产生大的影响；体外细胞实验表明，材料表面微沟槽结构能够有效调控PC12细胞空间分布、定向迁移、增殖和神经元分化行为，其中W100D50尺寸的微沟槽结构相对于W50D50、W25D50、Smooth等尺寸的微沟槽结构对PC12细胞具有更显著的调控能力；优化了合适的电刺激参数，确定100mV，30min/d，刺激3d为最优的电刺激参数；并对微沟槽结构调控细胞行为的分子机制进行了深入研究，发现微沟槽结构调控细胞行为过程中， 关键性蛋白激酶FAK、ERK1/2、JNK1/2、P38的表达及其磷酸化水平都出现显著的上调表达，表明细胞对微沟槽结构响应的过程中，Integrin-FAK信号通路和MAPK信号通路发挥了重要的作用；微沟槽结构和电刺激能够协同促进PC12细胞神经轴突延伸和神经元分化；动物实验初步结果表明电刺激能够减轻移植炎症反应，有利于外周神经修复。.本项目联合仿生拓扑结构和神经电生理特征制备了一种电刺激增强型外周神经修复材料，研究表明其具有较好的修复外周神经缺损的能力，有潜力作为外周神经修复材料，有望缓解我国外周神经修复材料匮乏的局面，本研究为体外构建组织工程外周神经修复支架提供新思路和理论指导，对组织工程外周神经损伤修复具有重要的意义。

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