南开孔德领、朱美峰联合斯蒂文斯理工学院王红军：3D打印定向微纤维用于周围神经再生

来源：EngineeringForLife

具有感觉、运动功能缺失的外周神经损伤常伴发神经痛，严重影响生活质量。针对神经损伤，现有的临床干预标准是端端吻合，但是仅适用于几毫米的缺损。对于不能通过无张力缝合的长段神经缺失，自体神经移植被认为是修复的金标准。但是他仍存在诸多缺陷：二次手术、可用性有限、大小不匹配和神经瘤形成的风险等，限制了它在临床上的广泛应用。近几十年来，神经导管已经成为有前景的自体移植的替代品，管腔内的纤维填充材料可以通过增加表面和接触引导促进再生，从而促进神经细胞的迁移和排列，然而，填充纤维对再生能力的免疫调节作用却很少受到关注。

近期，南开大学孔德领、朱美峰联合斯蒂文斯理工学院的王红军团队发表在Biomaterials上题为Aligned microfiber-induced macrophage polarization to guide schwann-cell-enabled peripheral nerve regeneration的文章，利用熔体纺丝(即生成微纤维)和静电纺丝(即生成纳米纤维)两种方法来构建定向微纤维束芯(即填充剂)和随机组织的纳米纤维鞘组成的复合神经导管。经观察，定向微纤维核心促进巨噬细胞募集并极化为M2表型，进而通过细胞间相互作用使Schwann细胞（SCs)迁移、增殖和成熟，实现轴突延伸，并分泌旁分泌因子，最终导致神经功能的恢复。

生物材料在促进定向组织再生(如周围神经再生)中所传递的拓扑线索的机械学理解仍然很大程度上难以捉摸。在这里，研究人员设计了由定向微纤维束芯和随机组织的纳米纤维鞘组成的神经导管，特别研究了微纤维定向对周围神经再生的调节机制。通过全面而系统的分析，研究人员能够阐明与导管辅助神经再生相关的复杂的生物反应级联，即定向微纤维促进巨噬细胞募集和随后的促愈合表型极化，进而促进雪旺细胞(SC)迁移，髓鞘化和轴突延伸。植入术后3个月，大鼠坐骨神经损伤后神经再生明显改善，电生理功能增强，坐骨神经功能指数增强，肌肉萎缩减轻。这些结果为生物材料通过免疫调节功能神经组织再生的拓扑调控提供了重要的见解。

图1 神经导管内定向微纤维引导神经再生的关键过程示意图

神经导管内定向的微纤维作为引导绳，在长而黑暗的隧道中引导相关细胞。外周神经损伤后，巨噬细胞可以通过炎症迅速被招募到定向微纤维的表面，并在微纤维的地形线索下极化为促愈合M2亚型，进而促进迁移，干细胞的增殖和髓鞘化以及轴突沿超细纤维绳的延伸。因此，神经导管提供了一个有利于神经再生的刺激和支持微环境。更具体地说，在外周神经损伤时，受伤残肢的神经细胞更像是一群迷路的游客，而招募的巨噬细胞则是这些游客的向导。当导游发现超细纤维绳索可以通向出口(远端神经)时，他们会向迷路的游客发送信息，引导他们快速行走，沿着绳索走下去。最终实现功能性神经再生。

在生物材料支持的神经再生中，拓扑引导的必要性已被明显证实;然而，潜在的机制仍然不清楚。一个独特的管道配置和体外和体内综合分析表明,超细纤维在神经导管能够招募巨噬细胞在一个丰富的数量然后极化及时促进修复 M2表型,进而增强SCs的迁移、增殖和髓鞘化，以及轴突的延伸，促进受损神经的功能再生。巨噬细胞参与定向微纤维引导的神经再生可以在示意图1中描述。综上所述，该研究为神经导管内拓扑结构对神经再生的有利作用提供了有力的证据。此外，使用FDA批准的神经引导导管材料也将加速向大型动物模型甚至临床试验的转化。显然，对周围神经诱导再生的拓扑线索机制的深入解读有助于促进再生生物材料的发展。

参考文献：
Xianhao Dong, Siyang Liu, et al. Aligned microfiber-induced macrophage polarization to guide schwann-cell-enabled peripheral nerve regeneration]. Biomaterials

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.120767