东华大学洪枫教授团队在细菌纳米纤维素医用复合材料上的新进展：NGF@CSNPs/OBC复合管用于大鼠坐骨神经再生

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近日，东华大学洪枫教授团队先通过高碘酸钠氧化细菌纤维素（BNC）获得体内可降解的氧化细菌纤维素（OBC），然后利用液体施压技术将壳聚糖/神经生长因子（CS/NGF）混合溶液快速均一地压入OBC管壁内的纳米纤维网络，再通过离子凝胶法降低CS溶解度，在纤维网络中原位形成微球，获得负载了NGF的壳聚糖微球/氧化细菌纤维素（NGF@CSNPs/OBC）复合管，通过理化性能、细胞相容性和大鼠坐骨神经缺损模型修复等研究，详细评价了该复合管作为神经导管的潜力。该成果以In situ fabrication of nerve growth factor encapsulated chitosan nanoparticles in oxidized bacterial nanocellulose for rat sciatic nerve regeneration为题，发表于Biomacromolecules（DOI: 10.1021/acs.biomac.1c00947）上。

该研究巧妙地利用OBC的天然纳米纤维网络结构作为物理分散相和硫酸根离子降低CS溶解度的特点，充分结合了BNC和CS两种材料各自的优点，并将NGF原位包封在CSNPs内部（图1）。该技术工艺绿色简便，不引入有毒化学交联剂和分散剂，复合均匀高效，为神经组织工程提供了一种新的材料和思路。

图1 文章设计概念图

由于车祸、疾病、自然灾害等，世界上每年有数百万人的周围神经系统遭受重大损伤，严重侵害了患者的生活质量。目前临床上治疗的金标准是自体神经移植，但存在供体神经缺乏、易引起继发性创伤和形成神经瘤等问题。基于神经组织工程理论，神经导管能够为受损神经提供合适的微环境，引导周围神经修复和再生。选择合适的材料制备理想的神经导管，更加有效地修复周围神经缺损（PNI）是急需解决的关键问题。

东华大学洪枫教授团队设计开发了一种CS与BNC新的复合工艺，成功制备了NGF@CSNPs/OBC新型神经导管（图2）。该神经导管呈类细胞外基质样多孔结构，具有抗菌活性、体内可降解性和生物相容性。与自体神经移植或商业神经导管相比，该导管以OBC作为第一3D支架，具有良好力学性能，同时可为神经再生提供合适的微环境；而CSNPs和NGF作为添加剂，赋予导管抗菌性能（图3），加速神经再生。将导管用于大鼠10 mm坐骨神经缺损模型的修复（图4），通过形态学、功能恢复、组织学、免疫荧光染色、超微结构分析显示，复合导管可有效促进结构修复和功能恢复，效果接近于自体移植组（图5）。综上所述，NGF@CSNPs/OBC NGC促进PNI的修复和再生，为临床应用提供了一种很有潜力的替代方法。

图2  神经导管理化性能表征。（A）宏观形貌；（B）复合管的一端和（C）内表面的场发射扫描电镜照片；（D）壳聚糖微球的直径分布；（E）FT-IR 波谱；（F）XPS 曲线和管内表面上的元素比率；（G）氧化细菌纤维素OBC的电导率滴定曲线；（H）应力-应变曲线；（I）DTG 失重曲线；（J）管材在PBS缓冲液中的体外降解动力学；（K）复合管在PBS缓冲液中的NGF累积释放规律，图中#表明P > 0.05。

图3  不同导管样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌活性。（A）菌落对数值；（B）不同稀释倍数的细菌孵育后形成菌落；（C）不同样品孵育后的细菌形态。

图4  （A）手术期间及术后第4和第9周时的神经导管和自体神经移植的坐骨神经修复效果照片；（B）第4周和（C）第9周再生神经的直径统计；（D）术后足迹分析（左侧为正常足，右侧为实验足）以及（E）坐骨神经功能指数SFI的统计分析。

图5  术后第4、9周再生坐骨神经的横切面超微结构。移植后（A）4周和（B）9周，神经导管和自体移植再生神经的透射电镜图像；（C-F）髓鞘厚度和髓鞘轴突数目。

论文第一作者为东华大学化学化工与生物工程学院硕士生韦昭，通讯作者为细菌纳米纤维制造及复合技术科研基地的洪枫教授。该研究团队长期从事细菌纤维素的低成本高效制备及其高附加值医学应用研究（https://www.researchgate.net/profile/Feng_Hong2），包括在细菌纤维素基小口径人工血管、神经导管、止血海绵、载药纤维素缓释凝胶、功能敷料等生物医学领域开展了大量工作。

全文下载链接：

https://doi.org/10.1021/acs.biomac.1c00947

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