研究簡介:周圍神經損傷后，早期炎癥反應會誘導活性氧（ROS）過量產生，導致再生微環境嚴重受損，阻礙神經自主再生。雖然自體神經移植是治療長段神經缺損的“金標準”，但供體有限且易引發二次損傷。人工神經導管（如具有定向結構的NGCs）雖取得進展，但單功能支架難以滿足重建理想微環境的多重需求。此外，血神經屏障（BNB）限制了藥物遞送效率，而氫氣（H?）因其小分子量、高擴散性和選擇性抗氧化特性（如清除羥基自由基），顯示出穿透BNB、調控微環境的潛力。本研究構建了一種氫釋放電活性神經導管系統，以聚(3S-甲基嗎啉-2,5-二酮-co-ε-己內酯)[P(MMD-CL)]通過靜電紡絲制成定向纖維膜，包裹螺旋纏繞的金屬鎂絲。鎂絲在生理環境中降解可持續釋放H?和Mg2?，同時P(MMD-CL)層控制降解速率，維持局部pH平衡（約7.5）。在外加交變磁場（100 W）下，鎂絲線圈形成閉合回路，產生弱電刺激（ES，約0.4 V/cm），促進神經細胞遷移和營養因子表達。

導管內注入光交聯的硫辛酸-明膠（Gel-LA）微凝膠，其微孔結構模擬神經組織排列，支持細胞粘附與軸突導向。微凝膠具抗氧化性（DPPH清除率達80%），且降解動力學與神經再生時間窗匹配（4-6周內完全降解）。研究證明該系統展現多效生物活性。在大鼠雪旺細胞（RSCs）中，PDCL-Mg處理顯著降低H?O?誘導的ROS水平（降幅58.85%），維持線粒體膜電位和ATP合成，并上調神經營養因子（BDNF、GDNF等）。在人類臍靜脈內皮細胞（HUVECs）中，電刺激促進細胞遷移（傷口愈合率提高2.01倍）和血管生成（管狀結構數量增加）。此外，RAW 264.7巨噬細胞向M2表型極化，炎癥因子（TNF-α、IL-1β）表達下降。

在大鼠15mm坐骨神經缺損模型中，H?導管組在12周后表現出接近自體移植組的再生效果：神經傳導速度（84.19 m/s vs. 對照組62.41 m/s）和CMAP振幅（7.51 mV）顯著改善；步態分析（SFI指數）和肌萎縮恢復良好。組織學顯示軸突密度、髓鞘厚度及Schwann細胞排列均優于對照組。本研究成功構建了一種集氣體分子遞送、電活性調控和微結構填充于一體的多功能神經導管支架。通過H?的抗氧化、Mg2?的促血管生成及ES的神經導向作用，協同重塑了再生微環境，為長段周圍神經缺損提供了新治療策略。該方案不僅克服了單功能支架的局限，還凸顯了氣體分子在神經修復中的潛力，未來可結合磁場參數優化進一步推廣應用。

Unisense氫氣微電極的應用

unisense氫氣微電極用于實時、原位監測氫氣的釋放動力學，將PDCL-Mg導管浸泡在PBS緩沖液（pH 7.4, 37°C）中模擬體內環境，并使用Unisense H? Microsensor進行檢測，探頭置于材料表面上方約1毫米處，在密封腔室內于1、2、4、8、24、72和168小時等多個時間點測量H?濃度。將探頭插入麻醉SD大鼠皮下植入物附近，在相同時間點記錄H?水平，以驗證材料在活體內的實際釋放行為。通過實時監測，研究證實PDCL-Mg導管可在7天內持續釋放H?，體外最高濃度達5 μM，體內釋放稍緩但仍保持有效濃度。這一數據至關重要，因為H?的治療窗口狹窄（1-5 μM），濃度過低則抗氧化效果不足，過高可能引發細胞毒性。

實驗結論

在大鼠雪旺細胞（RSCs）中，PDCL-Mg處理顯著降低H?O?誘導的ROS水平（降幅58.85%），維持線粒體膜電位和ATP合成，并上調神經營養因子（BDNF、GDNF等）。在人類臍靜脈內皮細胞（HUVECs）中，電刺激促進細胞遷移（傷口愈合率提高2.01倍）和血管生成（管狀結構數量增加）。此外，RAW 264.7巨噬細胞向M2表型極化，炎癥因子（TNF-α、IL-1β）表達下降。在大鼠15mm坐骨神經缺損模型中，H?導管組在12周后表現出接近自體移植組的再生效果。神經傳導速度（84.19 m/s vs. 對照組62.41 m/s）和CMAP振幅（7.51 mV）顯著改善；步態分析（SFI指數）和肌萎縮恢復良好。組織學顯示軸突密度、髓鞘厚度及Schwann細胞排列均優于對照組。

本研究成功構建了一種集氣體分子遞送、電活性調控和微結構填充于一體的多功能神經導管支架。通過H?的抗氧化、Mg2?的促血管生成及ES的神經導向作用，協同重塑了再生微環境，為長段周圍神經缺損提供了新治療策略。研究解決了長段周圍神經損傷后再生微環境惡化（如氧化應激、炎癥過度、能量代謝障礙）導致的修復難題。通過將氫氣持續釋放、電刺激調控和可注射微凝膠填充三種策略整合于單一導管系統中，實現了對神經再生微環境的多維度協同調控。