武汉大学陈云教授课题组在利用压缩电阻传感器评价周围神经修复上取得新进展
在神经组织工程基础研究中，常以大鼠、兔子或狗等动物为模型，通过手术造成周围神经缺损，再以各种神经导管进行桥接，对神经缺损进行修复，并通过一系列方法评价其修复效果。目前，通常在一定修复时间后于麻醉状态下手术暴露神经，通过电生理检测方法初步评价神经功能修复程度。然后处死动物，通过HE切片、免疫荧光切片和透射电镜切片观察等方法进一步评价修复效果以及研究其修复机制。如果各个阶段都要处死动物，那将需要较多的动物数量，而且麻醉、手术等不可避免地对动物造成伤害。是否可以寻找到更为简便、无损、节约动物用量、减少动物处死的评价方法呢?
为此，武汉大学教授陈云课题组在前期工作 (ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 2781−2795；Chemical Engineering Journal 2018, 341, 402–413；Journal of Materials Chemistry B 2019, DOI: 10.1039/c9tb00902g) 基础上，在羟乙基纤维素/大豆蛋白质复合海绵上原位聚合苯胺(结构、导电性能和电阻与形变的关系及其稳定性如图1所示)，经过一系列体外和体内实验，发现该海绵材料不仅具有一定的导电性，而且其电阻随着外在压力/形变而变化。实验表明，当以此材料构建的传感器与人体接触时，会对人的一些行为(如图2所示的咳嗽、手指弯曲、手臂伸缩、腹部呼吸和行走等)产生明显响应。因此，基于此类导电海绵材料的传感器在人机界面互作信号的检测方面可能具有应用潜能。
图1. 羟乙基纤维素/大豆蛋白导电海绵的结构、导电性能和电阻与形变的关系及其稳定性
图2 基于导电海绵的传感器用于检测人体行为信号
更有意义的是，在进行常规的大鼠神经缺损修复实验之后，将此类传感器装置与受损肢端的足底接触，发现大鼠在自由生活过程中，装置会将其运动能力与状况以电信号形式传递到接收器上(图3)，与未受损肢端相比较，可客观反映受损肢端的神经修复程度。
图3 基于导电海绵的传感器监测大鼠坐骨神经损伤修复的示意图
通过与大鼠神经修复后的电生理检测评价结果相比较，发现利用导电海绵传感器评价的结果与电生理检测结果高度一致(图4)。有趣的是，经过对检测结果进行归一化处理之后，可以建立一个新的评价神经修复的评分公式：IF评分=(（I-I0）/I0)电流强度×电流频率（I, 电流强度；F，电流频率）。所以，与传统的电生理检测方法相比，不仅效果相当，而且具有无损、实时、动态和简便等优点，也不必在各个阶段处死动物，对神经组织工程的基础研究具有应用价值。
图4 电生理与导电海绵传感器检测神经修复结果对比
以上相关成果发表在Nanoscale (2019, DOI: 10.1039/c9nr03925b)上。论文的第一作者为武汉大学基础医学院博士生吴平，通讯作者为武汉大学基础医学院陈云教授。
论文链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2019/nr/c9nr03925b
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